BR102013004159A2

BR102013004159A2 - FLUIDOCINETIC APPLIANCE

Info

Publication number: BR102013004159A2
Application number: BR102013004159-9A
Authority: BR
Inventors: Euler De Carvalho Cruz
Original assignee: Tecnometal Engenharia E Construcoes Mecanicas Ltda; Nautilus Engenharia Ltda
Priority date: 2013-02-22
Filing date: 2013-02-22
Publication date: 2014-02-25
Also published as: BR102013004159B1

Abstract

APARELHO FLUIDOCINÉTICO. Compreende a presente patente de invenção um aparelho (1) para extrair energia de fluidos em movimento, tais como ventos, correntes marinhas, marés ou rios, contendo uma base fixa ou torre (2) e um componente do tipo cubo rotativo (3) montado sobre a torre, dotado de pás (4) inclinadas, em forma de aerofólio ou hidrofólio, que se estendem para fora a partir do dito cubo rotativo ou de braços (5), horizontais ou inclinados, vinculados ao dito cubo rotativo; contendo cada pá pontos de articulação (6) para conexão ao cubo rotativo e aos seus braços (5), sendo capaz de pivotar em torno de uma linha de articulação de modo e variar seu ângulo de inclinação (A) com relação à linha central axial, variação que é regulada ou realizada, durante a rotação do aparelho (1) ou quando estiver parada, por atuadores mecânicos (7); podendo cada pá (4) ser conectada a e acionar bombas de pressionamento de fluido (8), o qual é utilizado para acionar equipamentos que gerem energia elétrica ou força motriz; podendo o eixo rotativo ser conectado também a equipamento que gere energia elétrica ou força eletromotriz ou, ainda, acionar também bombas de pressionamento de fluido (8), o qual é utilizado para acionar equipamentos que gerem energia elétrica ou força motriz.FLUIDOCINETICS APPLIANCE. The present invention patent comprises an apparatus (1) for extracting energy from fluids in motion, such as winds, sea currents, tides or rivers, containing a fixed base or tower (2) and a rotating cube type component (3) mounted on the tower, equipped with inclined blades (4), in the form of airfoil or hydrofoil, which extend outwards from said rotating hub or arms (5), horizontal or inclined, linked to said rotating hub; each blade containing pivot points (6) for connection to the rotating hub and its arms (5), being able to pivot around a joint line so as to vary its angle of inclination (A) with respect to the axial central line , variation that is regulated or performed, during the rotation of the device (1) or when stopped, by mechanical actuators (7); each paddle (4) can be connected to and drive fluid pressure pumps (8), which is used to drive equipment that generates electrical energy or driving force; the rotating axis can also be connected to equipment that generates electrical energy or electromotive force or, also, to activate fluid pressure pumps (8), which is used to drive equipment that generate electrical energy or driving force.

Description

"APARELHO FLUIDOCINFTICO" Refere-se a presente patente de invenção, que se inclui no campo das turbinas ou aparelhos rotativos projetados para extrair energia de fluidos em movimento e produzir trabalho, a um aparelho ou equipamento que atua principalmente como uma turbina de fluxo cruzado, mas que pode funcionar também como uma turbina de fluxo axial e pode ser utilizado para extrair energia de ventos, de correntes de fluidos, de correntes marinhas, de marés ou de rios."FLUIDOCYNTIC APPARATUS" Referring to the present invention, which includes in the field of turbines or rotary apparatus designed to draw energy from moving fluids and to produce work, an apparatus or equipment acting primarily as a cross-flow turbine, but it can also function as an axial flow turbine and can be used to extract energy from winds, fluid currents, marine currents, tides or rivers.

Desde a antigüidade, em diversos países, têm sido construídos e utilizados moinhos para obter energia a partir do vento. Tais moinhos já eram comuns na paisagem dos campos na época medieval em várias regiões e ainda hoje estão em uso ao redor do mundo. Uma das aplicações atuais dos moinhos e das turbinas eólicas, deles derivadas, é a geração de eletricidade.Since ancient times, windmills have been built and used in various countries for wind power. Such mills were already common in the countryside landscape in medieval times in various regions and are still in use around the world today. One of the current applications of windmills and wind turbines derived from them is electricity generation.

Vários tipos de aparelhos para extração de energia de um fluxo de água, mais conhecidos como turbinas hidráulicas, também são conhecidos, desde o moinho de água grego, para trituração de cereais, até projetos mais modernos de turbinas hidráulicas para hidrelétricas e para a montagem subaquática, sendo estas utilizadas na extração de energia do fluxo de água.Various types of water-flow energy extraction devices, better known as hydraulic turbines, are also known, from the Greek water mill, to cereal milling, to more modern hydropower and underwater mounting turbine designs. , these being used in the extraction of energy from the water flow.

A preocupação crescente com o aquecimento global provocado pelo uso em larga escala dos combustíveis fósseis e, por outro lado, com o esgotamento de suas jazidas, fez crescer o interesse na geração de eletricidade a partir de fontes renováveis, tais como o sol, o vento e os bio-combustíveis. De maneira particular, a atenção se voltou para a geração através de turbinas eólicas e de aparelhos capazes de extrair energia de ondas, correntes marinhas e correntezas. Os chamados "parques eólicos" têm sido construídos em muitos países. Eles consistem, geralmente, de uma série de torres, cada uma das quais suporta na sua extremidade superior uma "nacele" que pode girar em torno de um eixo vertical, permitindo o seu alinhamento com a direção do vento. Nesta "nacele" é montado um cubo rotativo de eixo horizontal e a ele é conectado certo número de pás em forma da hélice, sendo as pás movidas pelo vento para produzir propulsão. Há uma quantidade considerável de literatura publicada relacionada às turbinas de eixo horizontal. Atualmente já existem turbinas deste tipo capazes de gerar 5 MW, com diâmetro externo de pás superiores a 100 m, instaladas em torres de até 140 m de altura e projetos de turbinas maiores já estão em curso.Growing concern about global warming caused by the large-scale use of fossil fuels and, on the other hand, with the depletion of their deposits, has increased interest in generating electricity from renewable sources such as the sun, wind and biofuels. In particular, attention has shifted to generation through wind turbines and appliances capable of extracting energy from waves, marine currents and currents. The so-called "wind farms" have been built in many countries. They generally consist of a series of towers, each of which supports at its upper end a "nacelle" that can rotate about a vertical axis, allowing its alignment with the wind direction. In this "nacelle" is mounted a rotary hub with horizontal axis and is connected to it a number of propeller-shaped blades, the blades being moved by the wind to produce propulsion. There is a considerable amount of published literature related to horizontal axis turbines. Currently there are already turbines of this type capable of generating 5 MW, with external blade diameter greater than 100 m, installed in towers up to 140 m high and larger turbine projects are already underway.

Embora já seja comum a geração comercial de energia usando estes aparelhos há, em certa parcela da sociedade, preocupação com possíveis impactos ambientais provocados por eles e com o incômodo visual e o desagrado que seu aspecto provoca quando localizados em áreas rurais. Turbinas eólicas montadas no mar, ao longo da costa ("off-shore"), em locais mais distantes da população, removem objeções quanto à dimensão e número de aparelhos. O aumento do tamanho das turbinas eólicas "offshore" reduz o custo da interligação elétrica à terra e reduz o número de turbinas eólicas necessárias para fornecer uma determinada quantidade de energia, daí o interesse em aumentar a capacidade unitária das turbinas eólicas.Although commercial power generation using these devices is already common, there is, in a certain part of society, concern about the possible environmental impacts caused by them and the visual discomfort and displeasure that their appearance causes when located in rural areas. Offshore wind turbines mounted offshore at locations farther away from the population remove objections to the size and number of devices. Increasing the size of offshore wind turbines reduces the cost of electrical grounding and reduces the number of wind turbines needed to deliver a certain amount of energy, hence the interest in increasing the unit capacity of wind turbines.

Um dos limites para o tamanho das turbinas eólicas de eixo horizontal é imposto pelos danos causados pela fadiga provocada pela inversão repetida da flexão das pás sob efeito do seu peso durante o giro. Para um mesmo tipo de projeto, os danos por fadiga provocada pelo peso de uma pá aumentam proporcionalmente com o tamanho da pá. À medida que a pá aumenta de tamanho o projetista é forçado a utilizar materiais com maiores tensões de escoamento e de ruptura e, portanto, maior resistência à fadiga, mas que geralmente são mais caros e reduzem a relação benefício/custo da turbina.One of the limits to the size of horizontal axis wind turbines is imposed by the damage caused by fatigue caused by the repeated inversion of blade flexion under its weight during rotation. For the same type of design, the fatigue damage caused by the weight of a blade increases proportionally with the size of the blade. As the blade increases in size, the designer is forced to use materials with higher yield and breakdown stresses and therefore greater fatigue strength, but which are generally more expensive and reduce the turbine benefit / cost ratio.

As turbinas eólicas nas quais as pás giram em torno de um eixo vertical não experimentam reversão da flexão causada pelo peso, mas são submetidas a fadiga pela carga da pressão do vento. A força fluidodinâmica na superfície de uma pá aumenta proporcionalmente à sua área, ou seja, com o quadrado de suas dimensões, e o peso aumenta na proporção do seu volume, ou seja, com o cubo de suas dimensões. Como nas turbinas de eixo vertical não há reversão do sentido de aplicação do peso, a fadiga a que as pás estão submetidas é menor, pois é relacionada apenas com a pressão do fluido.Wind turbines in which the blades rotate about a vertical axis do not experience weight flexion reversal, but are subjected to fatigue by the wind pressure load. The fluid dynamic force on the surface of a blade increases in proportion to its area, that is, with the square of its dimensions, and the weight increases in proportion to its volume, that is, with the cube of its dimensions. As in vertical axis turbines there is no reversal of the direction of application of the weight, the fatigue to which the blades are subjected is lower, as it is related only to the fluid pressure.

A maior parte das turbinas eólicas convencionais utilizadas na atualidade é de eixo horizontal e de fluxo axial, ou seja, para funcionar adequadamente necessita ter seu eixo de rotação alinhado com a direção do vento.Most of the conventional wind turbines used today are horizontal axis and axial flow, that is, to function properly it must have its axis of rotation aligned with the wind direction.

Turbinas eólicas de eixo vertical são turbinas de fluxo cruzado, tendo seu eixo de rotação aproximadamente a 90° da direção do vento e, ao contrário das turbinas de eixo horizontal, podem funcionar com o vento de qualquer direção, não necessitando de mecanismo para orientação azimutal ("yaw").Vertical axis wind turbines are cross-flow turbines having their axis of rotation approximately 90 ° to the wind direction and, unlike horizontal axis turbines, can operate with wind from any direction, requiring no azimuth orientation mechanism. ("yaw")

Várias sugestões foram feitas no passado para gerar eletricidade utilizando turbinas eólicas de eixo vertical. Há uma quantidade substancial de literatura sobre os projetos denominados wSavoniusw e wDarrieusw e diversas unidades destes tipos de turbinas eólicas para geração de energia, inclusive em escala comercial, já foram construídas. No entanto, sendo menos desenvolvidas, estas turbinas são de menores dimensões e se limitam à geração de pequenas potências. Um dos motivos que têm impedido a aplicação turbinas eólicas de eixo vertical em larga escala é a menor eficiência de funcionamento dos modelos existentes em comparação com a turbina de eixo horizontal.Several suggestions have been made in the past to generate electricity using vertical axis wind turbines. There is a substantial amount of literature on projects called wSavoniusw and wDarrieusw, and several units of these types of wind turbines for power generation, including on a commercial scale, have already been built. However, being less developed, these turbines are smaller and limited to the generation of small power. One of the reasons that have prevented the application of large-scale vertical axis wind turbines is the lower operating efficiency of existing models compared to the horizontal axis turbine.

A maioria dos projetos de turbinas tipo "Darrieus" utiliza pás dispostas na periferia de braços de sustentação, sendo elas verticais, com alguma inclinação (como na patente PCT/IB2010/050804 - WO 2010/133979 Al) ou mesmo com forma espiral. No passado, algumas poucas patentes, mencionadas a seguir, propuseram turbinas tipo wDarrieusw com pás inclinadas a partir de um cubo central inferior.Most "Darrieus" type turbine designs use blades disposed on the periphery of support arms, either vertical, with some inclination (as in PCT / IB2010 / 050804 - WO 2010/133979 Al) or even spiral shaped. In the past, a few patents mentioned below have proposed wDarrieusw turbines with inclined blades from a lower central hub.

Particularmente, a patente GB 2 102 079A descreve uma turbina eólica de eixo vertical que compreende uma ou mais pás montadas de modo a ser suportadas por sua extremidade inferior por um cubo pivotado, com a ou cada pá sem suporte acima do nível do cubo. O cubo permite a rotação do conjunto em torno de um eixo vertical. No caso de uso de uma pá ela seria balanceada por um contrapeso. A inclinação da pá ou pás seria ajustada automaticamente, de modo passivo, durante o giro, por meio da ação de molas e pelo efeito da força centrífuga. Diversas configurações possíveis para esta turbina, todas baseadas nos mesmos princípios, são mostradas e descritas na patente. Esta invenção não toma em conta, porém, as forças normais à pá, as quais atuam e variam bastante durante cada giro. Uma turbina construída segundo este princípio teria sua pá oscilando livremente durante cada giro, o que poderia provocar vibrações altas e perda de rendimento, além de resultar em um momento que tenderia a tombar todo o conjunto. A patente GB 2 175 350A descreve uma turbina eólica de eixo vertical com uma ou mais pás inclinadas fixadas a um cubo pivotado, o qual é sustentado por uma torre. A inclinação da pá ou pás seria ajustada automaticamente durante o giro, de modo passivo, por meio da ação de meios resilientes e pelo efeito da força centrífuga. Como no caso anterior, uma turbina construída segundo este princípio teria sua pá oscilando livremente durante cada giro, provocando vibrações e perda de rendimento, além de ser submetida a significativo momento de tombamento.In particular, GB 2 102 079A describes a vertical axis wind turbine comprising one or more blades mounted to be supported at its lower end by a pivot hub, with or each blade not supported above hub level. The hub allows rotation of the assembly about a vertical axis. Should a shovel be used, it would be balanced by a counterweight. The inclination of the blade or paddles would be adjusted passively automatically during rotation by the action of springs and the effect of centrifugal force. Several possible configurations for this turbine, all based on the same principles, are shown and described in the patent. However, this invention does not take into account the normal blade forces, which act and vary greatly during each spin. A turbine built on this principle would have its blade swing freely during each spin, which could cause high vibration and loss of performance, and result in a momentum that would tend to tip over the entire assembly. GB 2 175 350A describes a vertical axis wind turbine with one or more inclined blades attached to a pivot hub which is supported by a tower. The inclination of the blade or paddles would be automatically adjusted during rotation, passively, through the action of resilient means and the effect of centrifugal force. As in the previous case, a turbine built according to this principle would have its blade swing freely during each spin, causing vibrations and loss of performance, besides being subjected to significant tipping moment.

A patente GB 2 303 409A descreve uma turbina eólica de eixo vertical semelhante à citada acima, com uma única pá inclinada e vinculada a um cubo pivotado, equilibrada por contrapesos, girando ao redor de um eixo vertical, que pode balançar sob a ação da pressão do vento, mas contra a resistência de uma mola e das massas utilizadas para balancear a pá. Deste modo, a pá pode alterar seu ângulo de inclinação, durante a operação, por meio do sistema constituído de contrapesos e mola. Teoricamente o ângulo da pá seria ajustado automaticamente, de modo passivo durante o giro, pelo efeito combinado da ação da força centrífuga que atua sobre a pá, da força da mola e do peso das duas massas que atuam como contrapeso. Como nos dois casos anteriores, uma turbina construída segundo este princípio teria sua pá oscilando livremente durante cada giro, embora o momento de tombamento possa ser reduzido por meio deste projeto devido à constante oscilação das pás.GB 2,303,409A discloses a vertical axis wind turbine similar to the above with a single inclined blade and linked to a counterbalanced pivot hub rotating about a vertical axis which can swing under pressure but against the resistance of a spring and the masses used to balance the blade. In this way, the blade can change its tilt angle during operation by means of the system consisting of counterweights and spring. Theoretically the blade angle would be automatically adjusted passively during rotation by the combined effect of the action of the centrifugal force acting on the blade, the spring force and the weight of the two counterweight weights. As in the previous two cases, a turbine built on this principle would have its blade swing freely during each spin, although the tipping moment can be reduced by this design due to the constant blade swing.

Contudo, não se conhece protótipos nem turbinas para exploração comercial que tenham sido construídos com base nas três patentes mencionadas. Nestas patentes as pás podem ser ligadas umas às outras e/ou ao cubo pivotado por meio de cabos ou hastes, não são movidas de forma ativa por atuadores mecânicos para alterar sua posição de maneira controlada durante a operação e não acionam bombas rotativas nem alternativas de deslocamento positivo para pressionar fluidos.However, there are no known prototypes or commercial turbines that have been built on the basis of the three patents mentioned. In these patents the paddles can be connected to each other and / or to the pivoted hub by means of cables or rods, are not actively moved by mechanical actuators to change their position in a controlled manner during operation and do not drive rotary pumps or alternating pumps. positive offset to press fluids.

Mais recentemente, as patentes PCT/GB2005/004443 (WO 2006/054091 Al) e US 8,038,383 B2 descrevem uma turbina com pás inclinadas dispostas em braços inclinados que são vinculados a um cubo pivotado. Os braços inclinados que partem do cubo e que sustentam as pás não funcionam como elementos de propulsão desta turbina, ou seja, não são pás, mas apenas estruturas de suporte das pás, nem têm ângulo de inclinação ajustável durante operação e não acionam bombas alternativas nem rotativas. Segundo as patentes mencionadas o aparelho descrito pode ser projetado para gerar grandes potências, o que também ocorre com o que é objeto da presente invenção. Embora tenha sido divulgado o início do projeto para construção da turbina objeto destas patentes, até a presente data não se tem notícia de que o projeto tenha sido concluído nem que a turbina tenha sido construída.More recently, PCT / GB2005 / 004443 (WO 2006/054091 A1) and US 8,038,383 B2 describe a turbine with inclined blades arranged on inclined arms that are attached to a pivot hub. The slanted arms that start from the hub and support the blades do not function as propulsion elements of this turbine, ie they are not blades, but only blade support structures, nor have adjustable tilt angle during operation and do not drive alternative pumps or rotary According to the mentioned patents the apparatus described can be designed to generate large powers, which also occurs with the object of the present invention. Although the start of the project for the construction of the turbine object of these patents has been disclosed, to date there is no news that the project has been completed nor that the turbine has been built.

A presente patente de invenção diz respeito a uma nova classe de modelos de turbinas que podem ser ampliados para um tamanho capaz de gerar potências apreciáveis, podendo se afirmar até mesmo que, pelo menos teoricamente, a potência gerada por esta classe de aparelhos pode exceder ao que é economicamente viável para turbinas de eixo horizontal. Estes aparelhos poderiam ser operados como turbinas eólicas, em terra ou ao largo da costa ou como turbinas subaquáticas para extrair energia a partir correntezas e poderiam ser usados para gerar energia elétrica, pressionar fluidos ou para produzir força motriz.The present invention relates to a new class of turbine models which can be extended to a size capable of generating appreciable power, and it can even be stated that, at least theoretically, the power generated by this class of apparatus can exceed which is economically viable for horizontal axis turbines. These devices could be operated as wind turbines, on land or offshore or as underwater turbines to extract energy from currents and could be used to generate electricity, press fluids or to produce motive power.

O aparelho reivindicado pela presente patente, no seu aspecto mais amplo, compreende um cubo rotativo com uma ou mais pás inclinadas, dotadas de articulações, uma base ou torre fixas para suporte do cubo rotativo; atuadores mecânicos, um ou mais para cada pá, conectados ao cubo rotativo e à pá ou pás, por meio de extremidades engastadas ou articuladas. O arranjo inclui assim meios para suporte de cada pá, a qual tem seção com forma aerodinâmica ou hidrodinâmica, de forma que o conjunto possa girar em torno de uma linha central axial sob a ação do fluido em movimento, com cada pá varrendo um volume geralmente tronco-cônico. Simultaneamente, cada pá pode pivotar ao redor de uma articulação de eixo perpendicular ou aproximadamente perpendicular à linha central axial do eixo rotativo.The apparatus claimed by the present invention, in its broadest aspect, comprises a rotating hub with one or more pivotally inclined blades, a fixed base or tower for supporting the rotating hub; mechanical actuators, one or more for each blade, connected to the rotating hub and blade or blades by means of crimped or pivoted ends. The arrangement thus includes means for supporting each blade, which has an aerodynamically or hydrodynamically shaped section, so that the assembly can rotate about an axial centerline under the action of the moving fluid, with each blade generally sweeping a volume. conical trunk. Simultaneously, each blade may pivot around a perpendicular or approximately perpendicular axis joint to the axial axis of the rotary axis.

No aparelho os atuadores mecânicos são, preferencialmente, do tipo motor linear, tais como cilindros hidráulicos ou pneumáticos, e são usados para posicionar e movimentar as pás em torno das articulações, variando o ângulo entre o eixo longitudinal da pá e a linha central axial do aparelho. A pá ou as pás podem ser ajustáveis, enquanto estacionárias, ou podem ser ajustáveis durante a rotação por meio dos atuadores mecânicos, tendo, de preferência, secção transversal em forma de aerofólio ou hidrofólio. Ela(s) pode(m) ser de passo (ângulo de ataque ou "pltch") fixo ou variável, e pode(m) ser providas(s) com ailerons, wWingIetsw e com porções exteriores de passo variável, de preferência na(s) ponta(s). Estes elementos podem atuar na movimentação das pás e para aumentar ou reduzir a potência gerada, sendo que neste último caso funcionam como freios aerodinâmicos. Cada pá pode ou não ser conectada a outra ou outras por meio de cabos, vigas ou hastes, bem como ao cubo rotativo, de maneira que uma pá pode transmitir esforços a outra(s) e/ou ao cubo rotativo, distribuindo-os de maneira mais uniforme e reduzindo as tensões atuantes em cada pá.In the apparatus the mechanical actuators are preferably linear motor type, such as hydraulic or pneumatic cylinders, and are used to position and move the blades around the joints, varying the angle between the longitudinal axis of the blade and the axial axis of the appliance. The blade or paddles may be adjustable while stationary, or may be adjustable during rotation by means of mechanical actuators, preferably having an aerofoil or hydrofoil cross-section. It may be of fixed or variable pitch (angle of attack or "pltch"), and may be provided with ailerons, wWingIetsw and variable pitch outer portions, preferably at ( tip (s). These elements can act on the movement of the blades and to increase or reduce the power generated, and in the latter case act as aerodynamic brakes. Each blade may or may not be connected to another or other by means of cables, beams or rods, as well as to the rotating hub, so that one blade may transmit forces to another (s) and / or rotating hub by distributing them evenly and reducing the stresses acting on each blade.

Os atuadores mecânicos, dependendo de sua forma construtiva, ou outros dispositivos adicionais a eles vinculados, podem ser utilizados para atuar como bombas alternativas de deslocamento positivo, acionadas pelas pás, pressionando fluido que pode ser utilizado para diversos fins, inclusive geração de energia elétrica. Os fluidos podem ser pressionados também por bomba rotativa, acionada por haste vinculada às pás ou ao seu eixo de pivotamento ou, ainda, por outro mecanismo ligado às pás.Mechanical actuators, depending on their design, or other additional devices attached to them, can be used to act as positive-displacement, blade-driven, alternative-displacement pumps that can be used for a variety of purposes, including power generation. The fluids can also be pressed by a rotary pump, driven by a rod linked to the blades or its pivot shaft or by another mechanism connected to the blades.

Para proporcionar ao aparelho um cubo maior e um maior volume varrido para extração de energia, preferencialmente, as pás são articuladas e se estendem para cima e para fora a partir de braços, horizontais ou inclinados, situados na periferia do cubo rotativo. Uma grande variedade de configurações de pás e de formas construtivas pode ser adotada.In order to provide the apparatus with a larger hub and a larger swept volume for energy extraction, preferably the blades are pivoted and extend upwards and outwards from horizontal or inclined arms located on the periphery of the rotating hub. A wide variety of blade configurations and mounting positions can be adopted.

As turbinas de eixo vertical se baseiam, em geral, no princípio de sustentação (tipo "Darrieus"), com pás em forma de aerofólio, ou no princípio de arrasto (tipo wSavoniusO sendo que as primeiras proporcionam maior rendimento. A presente invenção se refere a um aparelho do primeiro tipo f Darrieus"), com pás de passo preferencialmente fixo, conquanto possam ter também passo variável. Embora um aparelho de pás duplas seja preferido, um aparelho de pás múltiplas ou ainda com uma única pá e com um contrapeso, podem, alternativamente, ser utilizados dentro do âmbito da presente invenção.Vertical axis turbines are generally based on the "Darrieus" type lift principle, with aerofoil blades, or the drag principle (wSavoniusO type) with the former providing higher performance. to an apparatus of the first type (Darrieus "), with preferably fixed pitch blades, although they may also have variable pitch. Although a double-bladed apparatus is preferred, a multi-bladed or single-bladed apparatus with a counterweight, may alternatively be used within the scope of the present invention.

Várias formas diferentes de turbina de eixo vertical do tipo wDarrieus" são conhecidas. A grande parte das turbinas deste tipo, incluindo as de pás curvas em forma de "C" e as de pás verticais simétricas, tem pás dispostas em torno de um mastro central ou torre que se estende até a ou próximo da altura das extremidades superiores das pás para suportar o mancai superior, ao qual estão vinculadas estas extremidades. As pás são, em geral, vinculadas por braços de suporte ou diretamente, a um mancai inferior e a outro superior.Several different forms of wDarrieus "type vertical axis turbine are known. Most such turbines, including those with" C "shaped curved blades and symmetrical vertical blades, have blades arranged around a central mast. or tower extending to or near the height of the upper ends of the blades to support the upper bearing to which these ends are attached. The blades are generally linked by support arms or directly to a lower bearing and the another superior.

O aparelho de pá ou pás em forma de aerofólio, suportadas preferencialmente na sua região mais próxima ao eixo central de rotação, de acordo com o presente invento, vinculadas um cubo rotativo, trabalha, em geral, da mesma maneira que uma turbina vertical tipo wDarrieusw com pás verticais ou com pás em forma de wC". Entretanto, ao contrário dessas turbinas convencionais, não requer braços de apoio da pá ou pás na parte superior nem requer torre, mastro ou eixos de maior altura com mancais na sua parte superior. De certa forma, as pás inclinadas substituem a estrutura suporte tipo torre ou mastro ou, pelo menos, boa parte desta estrutura.The aerofoil blade or paddle apparatus preferably supported in its region closest to the central axis of rotation in accordance with the present invention, linked to a rotating hub, generally works in the same way as a wDarrieusw-type vertical turbine. with vertical paddles or wC-shaped paddles. "However, unlike these conventional turbines, it does not require paddle support arms or paddles at the top, nor does it require a taller tower, mast or axles with bearings at its top. In a way, the inclined blades replace the tower or mast support structure or at least a good part of this structure.

O aparelho da presente invenção compreende uma ou mais pás, cada pá com um ou mais suportes mas preferencialmente com dois suportes, sendo um suporte articulado (tipo dobradiça) e outro móvel, ambos vinculados ao cubo rotativo, com a ou cada pá estendendo-se livremente a partir dos suportes. O apoio móvel pode ser proporcionado, preferencialmente, por um ou mais motores lineares tais como cilindros hidráulicos, cilindros pneumáticos ou haste acionada por motor, embora outro tipo de atuador mecânico possa ser usado. Os atuadores mecânicos têm a função de variar ativamente, sob comando de um programa de computador ou manualmente, por um operador, o ângulo de inclinação das pás, tanto durante o funcionamento do aparelho quanto para montagem ou manutenção das pás. Esta variação pode ser feita em uma ampla gama de ângulos, desde a posição mais baixa, abaixo da horizontal, por exemplo, quando o aparelho for montado com eixo vertical, até a posição vertical ou próxima desta. A faixa de variação de ângulos poder ser selecionada quase que em todos os 360° ao redor de um eixo de articulação da pá.The apparatus of the present invention comprises one or more blades, each blade having one or more supports but preferably two supports, one hinged (hinge type) and one movable support, both of which are attached to the rotating hub, with the or each blade extending freely from the brackets. The movable support may preferably be provided by one or more linear motors such as hydraulic cylinders, pneumatic cylinders or motor driven rod, although another type of mechanical actuator may be used. Mechanical actuators have the function of actively varying, under the command of a computer program or manually, by an operator, the angle of inclination of the blades, both during operation of the apparatus and for mounting or maintenance of the blades. This variation can be made in a wide range of angles, from the lowest position below the horizontal, for example when the appliance is mounted with vertical axis, to or near the vertical position. The angle range can be selected almost 360 ° around a blade pivot axis.

Os atuadores mecânicos e seu sistema de controle podem ser projetados tanto para manter a inclinação em um determinado valor durante certo tempo quanto para permitir a variação desta inclinação ciclicamente, a cada giro do aparelho. Adicionalmente, os mesmos atuadores podem ser projetados para atuar como bombas alternativas de deslocamento positivo ou para serem conectados a outro dispositivo que atue como tais bombas, de maneira que o movimento de alteração da inclinação das pás durante cada giro resulte no acionamento das bombas, pressionando um fluido que pode ser utilizado para diversos fins, inclusive geração de energia elétrica. Alternativamente, os fluidos podem ser pressionados também por bombas rotativas, acionadas por hastes ou por outros mecanismos ligados à pá ou às pás ou ao seu eixo de pivotamento. Como exemplo, as bombas podem atuar como compressores de ar, sendo o ar comprimido utilizado para vários fins industriais e, até mesmo, para a movimentação de veículos e geração de energia elétrica. Como outro exemplo, as bombas podem pressionar água ou óleo, sendo estes fluidos utilizados para acionarem uma turbina hidráulica ou um motor hidráulico que, por sua vez, podem ser usados para acionar um gerador, produzindo assim energia elétrica. Este é um dos aspectos principais da presente invenção.Mechanical actuators and their control system can be designed either to maintain the inclination at a certain value for a certain time or to allow this inclination to vary cyclically with each turn of the apparatus. Additionally, the same actuators may be designed to act as positive displacement reciprocating pumps or to be connected to another device acting as such pumps, so that the blade pitch-shifting movement during each rotation results in the pumps being driven by pressing a fluid that can be used for a variety of purposes, including power generation. Alternatively, the fluids may also be pressed by rotary pumps, driven by rods or by other mechanisms connected to the blade or blades or their pivot axis. As an example, pumps can act as air compressors, with compressed air being used for various industrial purposes and even for vehicle movement and power generation. As another example, pumps can press water or oil, these fluids being used to drive a hydraulic turbine or a hydraulic motor which, in turn, can be used to drive a generator, thus producing electrical energy. This is one of the main aspects of the present invention.

Pertence ainda ao âmbito da presente invenção o projeto do mesmo tipo de aparelho de maneira que o movimento rotativo do eixo central, conectado ao cubo rotativo a que, diretamente ou por meio de braços, são ligadas a ou as pás, possa acionar, seja diretamente seja por meio de um conjunto de engrenagens, um gerador elétrico ou outra máquina que forneça força motriz ou ainda, preferencialmente, de maneira que o movimento rotativo do eixo central seja usado para acionar uma ou mais bombas rotativas ou bombas alternativas de deslocamento positivo. De acordo com esta versão do presente invento, tanto o movimento rotativo do eixo central do cubo pivotado quanto o movimento de variação da inclinação da pá ou das pás podem ser utilizados para pressionar os fluidos que, por sua vez, são usados para produção de trabalho útil ou energia. Os fluidos pressionados podem ser usados diretamente para acionar equipamentos ou podem ser destinados a acumuladores de pressão, antes de serem conduzidos aos ditos equipamentos. Os geradores acionados por motores movidos pelos fluidos podem ser de alta rotação, de dimensão e peso bem inferiores aos geradores convencionais utilizados em turbinas eólicas, por exemplo, e podem ser do tipo síncrono, o que reduz significativamente os custos dos equipamentos necessários para conectar a unidade geradora à rede. O uso de motores e/ou turbinas movidos por fluidos dispensa também os caros e pesados multiplicadores de velocidade de boa parte das turbinas convencionais.It is further within the scope of the present invention to design the same type of apparatus such that the rotary movement of the central axis, connected to the rotary hub to which, directly or by means of arms, is connected to or the blades, can be driven, either directly. either by means of a gear assembly, an electric generator or other machine providing motive power, or preferably so that the rotary movement of the central shaft is used to drive one or more rotary pumps or positive displacement alternative pumps. In accordance with this embodiment of the present invention, both the rotary movement of the center axis of the pivot hub and the inclination varying movement of the blade or paddles may be used to press the fluids which, in turn, are used for work production. useful or energy. Pressed fluids may be used directly to drive equipment or may be intended for pressure accumulators prior to being brought into said equipment. Fluid-driven motor driven generators can be of high speed, much smaller in size and weight than conventional generators used in wind turbines, for example, and can be synchronous, which significantly reduces the costs of equipment needed to connect the generating unit to the grid. The use of fluid-driven engines and / or turbines also eliminates the expensive and heavy speed multipliers of most conventional turbines.

Diversos estudos e medições realizadas mostram que, durante o giro de uma turbina tipo wDarrieusw, as pás são submetidas a forças cíclicas de grande intensidade normais ao seu plano meridional. Estas forças podem atingir valores máximos que superam em 5 ou mais vezes os valores das forças tangenciais ao giro, forças tangenciais estas que sao as que resultam no trabalho útil das turbinas convencionais. As forças normais provocam tensões altas nas pás, as submetem a esforços de fadiga e provocam vibrações, constituindo um elemento limitador ao uso de turbinas de eixo vertical. A inovação principal do presente invento consiste no uso não apenas das forças tangenciais, mas também destas forças normais - que no caso de um avião são as que sustentam todo o aparelho no ar - para geração de energia útil.Several studies and measurements show that during the rotation of a wDarrieusw turbine, the blades are subjected to high intensity cyclic forces normal to their southern plane. These forces can reach maximum values that exceed 5 or more times the values of the tangential forces of rotation, which are the tangential forces that result in the useful work of conventional turbines. Normal forces cause high blade stress, fatigue stress and vibration, limiting the use of vertical axis turbines. The main innovation of the present invention is the use not only of tangential forces, but also of these normal forces - which in the case of an airplane are those that support the entire apparatus in the air - for generating useful energy.

Nas turbinas convencionais as forças normais provocam flexão alternativa na estrutura da pá, deformando esta estrutura elasticamente ou, até mesmo, plasticamente. A deformação elástica cíclica provoca danos por fadiga na pá e, para reduzi-los, é necessária uma estrutura de pá mais pesada e cara. No caso da presente invenção, parte da energia relacionada às forças normais é transformada em trabalho útil, o que aumenta o rendimento do aparelho como um todo e reduz os danos por fadiga, permitindo economia de peso e de custo das pás. Ainda que o ganho de energia útil não fosse grande, a simples alteração do ângulo das pás durante o giro já reduz os esforços de fadiga.In conventional turbines the normal forces cause alternative bending in the blade structure, deforming this structure elastically or even plastically. Cyclic elastic deformation causes fatigue damage to the blade and to reduce them, a heavier and more expensive blade structure is required. In the case of the present invention, part of the energy related to normal forces is transformed into useful work, which increases the performance of the apparatus as a whole and reduces fatigue damage, allowing blade and weight savings. Although the useful energy gain was not large, simply changing the blade angle during rotation already reduces fatigue efforts.

Em uma turbina vertical tipo wDarrieus" enquanto a pá percorre a metade do seu giro situada a barlavento ela sofre esforços normais de fora para dentro do círculo que ela percorre. Na outra metade, a sotavento, os esforços normais atuam de dentro para fora do círculo. De acordo com a presente invenção os esforços normais atuantes no perfil fluidodinâmico de que é/são constituída(s) a(s) a(s) pá(s) quando inclinada(s) podem pressionar a(s) pá(s) para cima na metade de barlavento do seu giro e pressioná-la(s) para baixo na metade de sotavento. A cada giro, sob ação das forças fluidodinâmicas normais, a(s) pá(s) se desloca(m) alternativamente, mudando sua inclinação de maneira ativa, controlada e limitada pelos atuadores mecânicos e bombas. Como força multiplicada por deslocamento é igual a trabalho, o movimento alternativo resulta na produção de energia útil, que se soma à energia obtida pelo movimento rotativo do eixo vertical do aparelho.In a vertical wDarrieus turbine "while the blade travels half of its windward turn it experiences normal forces from outside into the circle it travels. In the other half, leeward, normal forces work from the inside out of the circle. In accordance with the present invention the normal forces acting on the fluid dynamic profile of which the shovel (s) are / are formed when inclined (s) may press the shovel (s) upward on the windward half of its turn and press it downward on the leeward half.Each turn, under the action of normal fluid dynamics, the blade (s) alternately shifts, changing Its inclination is actively controlled and limited by mechanical actuators and pumps.As force multiplied by displacement equals work, reciprocating motion results in the production of useful energy, which is added to the energy obtained by rotating the vertical axis of the apparatus.

Durante o giro, no caso da presente invenção, a pá que se move aproximando uma extremidade do eixo de rotação, reduz a inércia do conjunto girante e tende a provocar uma aceleração angular. Uma pá oposta e simétrica, ao mesmo tempo, pelos efeitos fluidodinâmicos e pela ação do peso próprio, se move afastando uma extremidade do eixo de rotação, aumentando a inércia e tendendo a provocar uma desaceleração angular. Por este motivo o uso de um número par de pás no aparelho da presente invenção resulta em um movimento mais constante e em menor vibração.During rotation, in the case of the present invention, the blade moving closer to one end of the axis of rotation reduces the inertia of the rotating assembly and tends to cause angular acceleration. An opposite and symmetrical blade, at the same time, due to the fluid-dynamical effects and the action of the self-weight, moves away from one end of the axis of rotation, increasing inertia and tending to cause angular deceleration. For this reason the use of an even number of blades in the apparatus of the present invention results in more constant movement and less vibration.

A possibilidade de alterar a inércia do aparelho objeto da presente invenção durante o giro, por meio da aproximação ou afastamento das extremidades das pás do eixo central de rotação confere ao aparelho uma característica importante e útil pois permite compensar, por esta forma, dentro de certos limites, a variação da potência gerada quando a velocidade do fluido (do vento, por exemplo), se altera, evitando que o aparelho entregue à rede uma potência muito variável. O aumento da velocidade do fluido pode resultar em energia acumulada no aparelho, pela ampliação controlada do diâmetro em que giram as pontas das pás, e a redução deste diâmetro, também de forma controlada, pode evitar queda da potência fornecida à rede quando a velocidade do fluido se reduz. Adicionalmente, é possível incorporar massa extra às pás para aumentar o efeito de inércia, ou acrescentar esta massa aos braços que sustentam as pás. Uma variante, incluída no âmbito da presente invenção, prevê que as massas adicionadas para aumento da inércia possam se deslocar ao longo das pás e/ou dos braços que as sustentam, deslocamento este realizado sob efeito da força centrífuga, de atuadores mecânicos específicos e/ou com uso de meios resilientes, tais como molas. Outra variante, também abrangida pela presente invenção, é constituída pela instalação de massa em estrutura que prolonga a pá, do lado oposto da pá com relação à articulação, de modo a compensar a alteração da força centrífuga devido à movimentação da pá. Desta forma, quando a pá se afasta do eixo de rotação, com conseqüente aumento da força centrífuga nela atuante, devido ao afastamento do seu centro de gravidade do eixo central de giro, o prolongamento da pá, do outro lado da articulação, movimenta a massa nele instalada no sentido de prover uma força centrífuga contrária, equilibrando o aparelho e reduzindo as vibrações. O projeto do aparelho pode ser feito sem o uso destas massas de equilíbrio prevendo-se, para tanto, uma estrutura e mancais adequados para suportar as alterações de força centrífuga.The ability to change the inertia of the apparatus object of the present invention during rotation by approaching or retracting the ends of the blades of the central axis of rotation gives the apparatus an important and useful feature as it makes it possible to compensate within certain limits. limits, the variation of the power generated when the fluid velocity (for example, wind) changes, preventing the device from delivering to the network a very variable power. Increasing fluid velocity can result in accumulated energy in the device by controlled expansion of the diameter at which the blade tips rotate, and reducing this diameter, also in a controlled manner, can prevent the power supplied to the network from falling when the velocity of the blade is rotated. fluid is reduced. Additionally, it is possible to incorporate extra mass into the blades to increase the inertia effect, or to add this mass to the blade holding arms. A variant within the scope of the present invention provides that the added masses for increasing inertia may move along the blades and / or the arms supporting them, which is effected by centrifugal force, specific mechanical actuators and / or using resilient means such as springs. Another variant, also encompassed by the present invention, is the installation of a frame-extending mass of the blade, opposite the blade to the pivot, to compensate for the change in centrifugal force due to blade movement. Thus, when the blade moves away from the axis of rotation, with consequent increase of the centrifugal force acting on it, due to the distance of its center of gravity from the central axis of rotation, the extension of the blade, on the other side of the joint, moves the mass. installed in it in order to provide a counter centrifugal force, balancing the apparatus and reducing vibrations. The design of the apparatus can be done without the use of these balancing masses by providing a suitable structure and bearings to withstand centrifugal force changes.

O aparelho do presente invento, adicionalmente, proporciona uma configuração com solidez variável e geometria variável, o que facilita muito a partida do aparelho sem ajuda extra fself-starting"), quando a pá ou pás estão apenas a alguns graus fora da direção do eixo axial de rotação, e permite melhorar o controle do aparelho durante sua operação. No entanto, em alguns casos, pode ser necessária a motorização do aparelho para que ele inicie o seu giro. À medida que a velocidade do fluido aumenta e se aproxima do valor nominal ou valor de projeto, a pá pode ser progressivamente transferida para uma posição de operação mais inclinada por meio da ação de um ou mais atuadores mecânicos, o que aumenta a área varrida pelas pás e, conseqüentemente, a potência gerada. Para maximizar a energia do fluido contida no volume varrido pelas pás, preferencialmente o aparelho do presente invento deve trabalhar com o plano médio das pás fazendo um ângulo de cerca de 40° com a direção do eixo axial de rotação, considerando velocidades relativas entre a ponta das pás e a velocidade do fluido ótimas. Em fluidos com maior velocidade que a nominal, a pá ou pás podem ser novamente aproximadas do eixo axial de rotação para reduzir o volume varrido ou podem ser inclinadas mais ainda, até a posição perpendicular ao eixo axial de rotação ou além desta, o que também reduz o volume varrido e aumenta a inércia do sistema, procedimento este que reduz as tensões de flexão e de cisalhamento na estrutura. Em condições de fluidos de alta velocidade as pás podem ser mantidas na posição perpendicular ou paralela ao eixo rotação, ou em outra posição adequada, e o aparelho pode permanecer parado com uso de freios, o que reduz ou elimina os riscos de acidentes ou de danos ao equipamento.The apparatus of the present invention additionally provides a configuration with variable strength and variable geometry, which greatly facilitates the starting of the apparatus without extra help (when the paddle or paddles are only a few degrees off axis direction). allows you to improve the control of the device during operation, however, in some cases, it may be necessary to motorize the device to start turning as the fluid speed increases and approaches nominal value or design value, the blade can be progressively transferred to a more inclined operating position by the action of one or more mechanical actuators, which increases the area swept by the blades and hence the power generated. fluid contained in the volume swept by the blades, preferably the apparatus of the present invention should work with the average plane of the blades at an angle of about 40 ° with the direction of the axial axis of rotation, considering optimum relative speeds between blade tips and fluid velocity. In fluids at a higher speed than rated, the paddle or paddles may again be approached from the axial axis of rotation to reduce swept volume or may be tilted further to the position perpendicular to or beyond the axial axis of rotation, which may also reduces swept volume and increases system inertia, which reduces flexural and shear stresses in the structure. In high-speed fluid conditions the paddles may be held perpendicular to or parallel to the rotation axis, or in another suitable position, and the unit may remain stationary using brakes, which reduces or eliminates the risk of accident or damage. to the equipment.

A possibilidade de variação do ângulo das pás, de acordo com o presente invento, é muito útil durante a montagem e manutenção das turbinas, pois as pás podem ser içadas ou baixadas desde o cubo com uso de equipamentos de levantamento de capacidade e de altura bem menores, o que reduz substancialmente os custos de montagem e manutenção. Uma vez conectas às articulações e aos atuadores mecânicos, cada pá pode ser colocada em posição de trabalho por meio deles.The ability to vary the angle of the blades according to the present invention is very useful during the assembly and maintenance of the turbines as the blades can be lifted or lowered from the hub using capacity and height lifting equipment. which substantially reduces assembly and maintenance costs. Once connected to the joints and mechanical actuators, each blade can be placed in working position by means of them.

Uma das vantagens do presente invento é que o aparelho, quando montado com seu eixo aproximadamente perpendicular à direção da corrente de fluido, dispensa o uso dos mecanismos de orientação na direção desta corrente Cyaw"), ao contrário de turbinas de eixo horizontal, assim como os mecanismos de variação do ângulo ou passo da pá ("pitch") embora este último possa ser também adotado. Os mecanismos mencionados, normalmente utilizados nas turbinas eólicas de eixo horizontal, aumentam bastante o custo destes equipamentos.One of the advantages of the present invention is that the apparatus, when mounted with its axis approximately perpendicular to the direction of the fluid stream, does not require the use of steering mechanisms in the direction of this flow ("unlike horizontal axis turbines"). The mechanisms of variation of the blade pitch or pitch ("pitch") although the latter can also be adopted The mentioned mechanisms, commonly used in horizontal axis wind turbines, greatly increase the cost of these equipments.

Além disso, o aparelho do presente invento não experimenta cargas giroscópicas, as quais são significativas nas turbinas de eixo horizontal quando giram para buscar nova direção da corrente do fluido Cyaw"), nem tem suas pás submetidas a esforços gravitacionais alternados devido às mudanças da posição da pá durante o giro, como ocorre com as turbinas de eixo horizontal. Isto resulta em estruturas e pás comparativamente mais leves, e conseqüentemente, em economia de custos.In addition, the apparatus of the present invention does not experience gyroscopic loads, which are significant in horizontal axis turbines when they rotate to seek a new direction of fluid flow (Cyaw), nor are their blades subjected to alternating gravitational stresses due to changes in position. blade rotation, as with horizontal-axis turbines, resulting in comparatively lighter structures and blades, and therefore cost savings.

Com o aparelho do presente invento, podem ser utilizadas pás muito simples, retas e não torcidas, reduzindo desse modo, mais uma vez, os custos de construção, conquanto possam ser usadas também pás torcidas, ou seja, pás com valores distintos de ângulo de ataque ao longo do seu comprimento. Tecnologia já existente no setor de aviação e para pás e cubos de turbinas eólicas de eixo horizontal também pode ser usada. Os perfis da(s) pá(s) em forma de aerofólio ou hidrofólio, isto é, a sua secção desde o bordo de ataque até o bordo de fuga, pode variar em sua razão de classificação e na relação entre espessura e comprimento da corda e curvatura ("camber"). Perfis de diversos tipos podem ser usados para as pás, embora perfis com maior comprimento de corda com relação ao raio externo da ponta das pás e maior espessura com relação à corda, por exemplo, entre 15% e 50% da corda, sejam preferíveis. Perfis maiores permitem a construção de estruturas internas de sustentação das pás com materiais mais baratos e/ou em forma de treliças, sem comprometer a vida útil das pás por efeito de tensões excessivas e/ou fadiga.With the apparatus of the present invention, very simple, straight and non-twisted blades can be used, thereby again reducing construction costs, while twisted blades can also be used, i.e. blades with different angle values. attack along its length. Existing aviation technology and horizontal axis wind turbine blades and hubs can also be used. The profiles of the airfoil or hydrofoil blade (s), ie their section from leading edge to trailing edge, may vary in their rating ratio and in the relationship between rope thickness and length and camber. Profiles of various types can be used for the blades, although profiles with longer rope length relative to the outer radius of the blade tip and greater thickness with respect to the rope, for example between 15% and 50% of the rope, are preferable. Larger profiles allow the construction of internal blade support structures with cheaper and / or lattice-shaped materials without compromising blade life due to excessive stress and / or fatigue.

Outra importante vantagem do aparelho da presente invenção diz respeito ao projeto mecânico das pás. Nas turbinas convencionais de eixo horizontal as pás são fixadas ao cubo por sua extremidade, sendo os mancais de guia, responsáveis pela sustentação das pás, situados muito próximos um do outro, o que configura praticamente uma situação de engaste da pá no cubo. Desta forma, as tensões de flexão e de cisalhamento são muito altas na região da fixação e crescem desde a extremidade exterior da pá até sua extremidade interior. No caso do presente invento, pode-se distanciar adequadamente a articulação, ponto de pivotamento da pá, dos pontos de fixação do atuador mecânico e/ou bomba de pressurização, o que resulta em apoios mais distantes is um do outro. Desta forma, cada pá funciona como uma viga sob dois ou três apoios, o que pode reduzir substancialmente o momento fletor máximo e a máxima força cortante, reduzindo desta forma a quantidade de material e o peso da pá, mais uma vez tornando-a mais econômica.Another important advantage of the apparatus of the present invention is the mechanical design of the blades. In conventional horizontal axis turbines, the blades are fixed to the hub by its end, and the guide bearings responsible for the support of the blades are located very close to each other, which practically configures a situation of the blade in the hub. In this way, the bending and shear stresses are very high in the attachment region and grow from the outer edge of the blade to its inner end. In the case of the present invention, the pivot point, blade pivot point can be suitably spaced from the attachment points of the mechanical actuator and / or pressurization pump, resulting in farther distances from one another. In this way each blade functions as a beam under two or three supports, which can substantially reduce the maximum bending moment and maximum shear force, thereby reducing the amount of material and the weight of the blade, once again making it more economic

Um dos grandes problemas de turbinas eólicas convencionais é a 20 necessidade de se construir uma torre muito alta no topo da qual se monta o sistema com as pás. Com o aparelho do presente invento, quando utilizada como turbina eólica, torres muito mais baixas do que as das turbinas eólicas convencionais podem ser usadas. Como o custo da torre pode atingir mais de 30% do custo total da instalação, e o custo de 25 transporte de torres é alto, uma economia de custos considerável pode ser feita utilizando-se torres ou bases de baixa altura como as da presente invenção. Nas turbinas eólicas atuais, principalmente as de maior potência, utilizadas nos parques eólicos, todo o conjunto gerador de energia é montado na nacele situada no alto da torre: as pás, o cubo, as caixas de engrenagens, o gerador, os freios e motores auxiliares assim como 5 diversos painéis elétricos se encontram na "nacele". A torre, portanto, deve suportar, desde o seu topo, todo o peso dos equipamentos, além dos esforços aerodinâmicos e giroscópicos provenientes das pás. O acesso para manutenção dos equipamentos é difícil e perigoso e o pessoal técnico tem que subir até o alto da torre para qualquer 10 intervenção.One of the major problems with conventional wind turbines is the need to build a very tall tower on which the system is mounted with the blades. With the apparatus of the present invention, when used as a wind turbine, much lower towers than conventional wind turbines can be used. Since the cost of the tower can reach more than 30% of the total installation cost, and the cost of tower transport is high, considerable cost savings can be made by using low height towers or bases like those of the present invention. . In today's wind turbines, especially those of higher power, used in wind farms, the entire power generator set is mounted in the nacelle at the top of the tower: the blades, hub, gearboxes, generator, brakes and motors auxiliary as well as 5 different electrical panels are in the "nacelle". Therefore, the tower must support the entire weight of the equipment from its top, as well as the aerodynamic and gyroscopic forces from the blades. Access to equipment maintenance is difficult and dangerous, and service personnel must climb to the top of the tower for any intervention.

Portanto, são altos os custos de montagem, de manutenção e de desmontagem, no final de sua vida útil, de uma turbina eólica convencional de maiores dimensões devido à necessidade de se usar equipamentos de levantamento capazes de atingir grandes alturas, com is grande capacidade de carga. No caso do presente invento as pás podem ser levantadas com uso de equipamentos externos, somente até a altura necessária para serem conectadas às articulações e aos atuadores mecânicos, sendo estes responsáveis por elevar a pá até sua posição de operação. Os demais equipamentos, tais como o cubo, o eixo rotativo, a 20 caixa de engrenagens, se usada, os motores auxiliares, as bombas, os atuadores, os acumuladores de pressão, os painéis elétricos, os transformadores e quaisquer outros equipamentos que façam parte do processo de captura ou uso da energia são instalados a baixa altura, no cubo rotativo, na base ou torre curta. Estes equipamentos podem ser 25 instalados até mesmo no nível do solo ou abaixo dele, em cabines ou salas, o que reduz muito os custos de montagem, manutenção e desmontagem. Como o uso de bombas de pressionamento de fluidos faz parte do presente invento, tanto acionadas pelo movimento rotativo das pás quanto por seu movimento alternativo, devido à variação cíclica de sua inclinação, geradores elétricos mais levés e de alta rotação podem ser usados, o que reduz não só o custo deste componente, quanto os custos de montagem e manutenção.Therefore, the assembly, maintenance and dismantling costs of a larger conventional wind turbine at the end of its life are high due to the need to use lifting equipment capable of reaching high heights, with a large capacity of charge. In the case of the present invention the blades can be lifted using external equipment only to the height necessary to be connected to the joints and mechanical actuators, which are responsible for raising the blade to its operating position. Other equipment such as hub, rotary shaft, gearbox, if used, auxiliary motors, pumps, actuators, pressure accumulators, electrical panels, transformers and any other equipment The process of capturing or using energy is installed at a low height on the rotating hub, base or short tower. These equipment can be installed even at or below ground level in cabins or rooms, which greatly reduces assembly, maintenance and disassembly costs. Since the use of fluid pressure pumps is part of the present invention, both driven by the rotary movement of the blades and their alternate movement, due to the cyclic variation of their inclination, lighter and higher rotating electric generators can be used, which not only reduces the cost of this component, but also the assembly and maintenance costs.

De acordo com a presente invenção, pelo menos dois arranjos são possíveis para transmissão da energia entre as partes móveis e a base ou torre de sustentação do cubo rotativo. Em um primeira versão do aparelho objeto desta invenção, dentro do cubo rotativo podem ser 10 montadas as unidades hidráulicas, pneumáticas ou equivalentes para acionamento dos atuadores mecânicos, assim como a(s) bomba(s), o(s) acumulador(es) de pressão, a(s) turbina(s) ou o(s) motor(es) acionado(s) pelo fluido pressionado, o(s) gerador(es) elétrico(s) e demais equipamentos mecânicos e elétricos, tubulações e válvulas is necessários. Neste caso a energia elétrica produzida por meio do movimento alternativo cíclico das pás é produzida no interior do cubo rotativo e, por meio de barras ou de cabos isolados, é conduzida até anéis rotativos instalados na periferia do eixo, já no interior da torre ou base de sustentação. Escovas ou dispositivos similares vinculados às 20 partes fixas da torre ou base coletam a energia dos anéis e a transmitem aos transformadores ou outros dispositivos.According to the present invention, at least two arrangements are possible for energy transmission between the moving parts and the rotary hub base or support tower. In a first version of the apparatus object of this invention, the rotary hub may be fitted with hydraulic, pneumatic or equivalent units to drive the mechanical actuators, as well as the pump (s), the accumulator (s) pressure, turbine (s) or engine (s) driven by the pressured fluid, electrical generator (s) and other mechanical and electrical equipment, pipelines and valves is required. In this case the electrical energy produced by the cyclic reciprocating movement of the blades is produced inside the rotating hub and, by means of insulated bars or cables, is conveyed to rotating rings installed on the periphery of the shaft, already inside the tower or base. of support. Brushes or similar devices attached to the 20 fixed parts of the tower or base collect the energy from the rings and transmit it to transformers or other devices.

Em uma segunda versão, a preferencial, do aparelho objeto desta invenção, dentro do cubo rotativo é/são instalada(s) pelo menos a(s) bomba(s) de compressão do(s) fluido(s), tubulações, conexões e 25 válvulas e alguns dispositivos mecânicos e elétricos que sejam necessários. 0(s) fluido(s) pressionado(s), assim como o(s) fluido(s) a baixa pressão, tanto relacionado(s) ao(s) atuador(es) mecânico(s) quanto à(s) bomba(s) é/são conduzido(s) por mangueiras ou tubulações no interior do cubo rotativo até mangueiras ou, preferencialmente, tubulações que passam pelo interior do eixo rotativo vinculado ao cubo. Neste caso, o eixo é oco para permitir a passagem das mangueiras ou 5 tubulações. Na extremidade inferior do eixo, dentro da torre ou base de sustentação do cubo, é instalado pelo menos um cabeçote rotativo para permitir a passagem do(s) fluido(s) entre as partes móveis e as fixas. Este cabeçote pode ser, por exemplo, de construção similar aos usados no topo dos eixos das turbinas hidrelétricas do tipo Kaplan.In a second preferred embodiment of the apparatus object of this invention, within the rotating hub is installed at least the fluid compression pump (s), pipes, fittings and 25 valves and any mechanical and electrical devices that may be required. The pressed fluid (s), as well as the low pressure fluid (s), both related to the mechanical actuator (s) and the pump (s) (s) are / are guided by hoses or pipes inside the rotating hub to hoses or, preferably, pipes passing through the rotating shaft attached to the hub. In this case, the shaft is hollow to allow hoses or 5 pipes to pass through. At the lower end of the shaft, inside the tower or hub support base, at least one rotating head is installed to allow fluid (s) to pass between the moving and fixed parts. This head may be, for example, of similar construction to those used on top of the shafts of Kaplan-type hydro turbines.

Os sinais de comando e controle podem ser transmitidos entre as partes fixas e rotativas também por meio de coletores e escovas ou por equipamentos de comunicação sem fio ("wireless").Command and control signals can be transmitted between fixed and rotating parts also by means of collectors and brushes or by wireless communication equipment.

Diversos tipos de arranjos para a localização, dentro ou fora do cubo rotativo, dos equipamentos e para a transmissão de energia, força is motriz e/ou fluidos entre as partes fixas e móveis são possíveis e os exemplos acima descritos não esgotam as possibilidades dos arranjos que podem fazer parte do aparelho objeto da presente invenção.Various types of arrangements for locating inside or outside the rotating hub of equipment and for the transmission of power, motive force and / or fluids between fixed and moving parts are possible and the above examples do not exhaust the possibilities of the arrangements. which may be part of the apparatus object of the present invention.

Devido à versatilidade do aparelho do presente invento, ele pode ser fabricado com a(s) pá(s) sem ou com controle de passo ("pitch"). No 20 caso de aparelho com mais de uma pá, uma ou mais das pás podem ter controle de passo e outra(s) pás não. O mesmo se refere a perfis aerodinâmicos ou fluidodinâmicos: no caso de aparelho com mais de uma pá, uma ou mais das pás podem ter um tipo de perfil e outra(s) outro tipo, para que se possa atingir determinadas características de 25 operação desejáveis para certa aplicação.Due to the versatility of the apparatus of the present invention, it can be manufactured with the paddle (s) without or with pitch control. In the case of an appliance with more than one paddle, one or more paddles may have pitch control and another may not. The same is true for aerodynamic or fluid dynamic profiles: in the case of apparatus with more than one blade, one or more of the blades may have one type of profile and the other type (s) to achieve certain desirable operating characteristics. for a certain application.

Também faz parte do presente invento um aparelho que, dotado de mais de uma pá, tem uma ou mais delas fixadas ao cubo e uma ou mais dotadas de articulações, atuadores mecânicos e/ou bombas de fluidos, assim como um aparelho em que todas as pás são dotadas de articulações, podendo apenas algumas delas ou todas ter atuadores mecânicos e/ou bombas sendo que uma ou mais pás podem ter, durante 5 a operação, seu ângulo de inclinação variável em uma determinada faixa de valores e a(s) outra(s) têm seu ângulo de inclinação variável em outra faixa de valores. Adicionalmente, uma ou mais pás podem incorporar dispositivos auxiliares ou especiais, tais como partes móveis para trabalhar como freios aerodinâmicos e partes de projeto específico 10 para obtenção de características particulares de desempenho, tais como "ailerons" e "wing lets".Also part of the present invention is an apparatus which, having more than one blade, has one or more of them fixed to the hub and one or more provided with articulations, mechanical actuators and / or fluid pumps, as well as an apparatus in which all The blades are equipped with articulations, and only some or all of them may have mechanical actuators and / or pumps. One or more blades may have, during the operation, their variable inclination angle within a certain range of values and the other. (s) have their inclination angle variable in another range of values. Additionally, one or more paddles may incorporate auxiliary or special devices such as moving parts for working as aerodynamic brakes and specific design parts 10 for particular performance characteristics such as ailerons and wing lets.

Devido ao fato de que, de acordo com a presente invenção, a torre que suporta o cubo em que a pá ou pás está/estão montada(s) não penetra, ou o faz muito pouco, no volume varrido pela(s) pá(s), a torre is não causa turbulência no lado de sotavento do caminho de rotação da(s) pás. Tal turbulência poderia conduzir a uma perda considerável de rendimento. No caso de turbinas eólicas de eixo horizontal a pá, ao passar pela posição mais baixa, sofre influência da torre, o que altera o desempenho da turbina. O aparelho do presente invento pode ter 20 eficiência mais elevada, em especial devido ao fato de que cada pá atravessa o volume varrido duas vezes em cada ciclo de rotação, mesmo considerando que a pá a barlavento pode gerar turbulência para a de sotavento, no caso de aparelho com mais de uma pá. Nas turbinas de eixo horizontal cada pá cruza uma só vez o volume varrido e tais 25 turbinas são muito sensíveis a ventos com turbulência, os quais reduzem seu desempenho, enquanto que as turbinas de eixo vertical sentem menos os efeitos da turbulência. De acordo outro aspecto da presente invenção o uso de bombas de pressionamento de fluidos em aparelhos fluidocinéticos, que faz parte do presente invento, permite um novo tipo de turbina para instalação em um novo tipo de parque gerador de energia. Este novo tipo é constituído 5 por aparelhos similares que não incorporam em si o gerador e o acumulador de pressão mas que enviam o fluido pressionado a um ponto único onde o equipamento gerador de energia e/ou acumulador de pressão é instalado. Neste caso, uma única turbina ou motor acionados pelo fluido pressionado, um só gerador elétrico, de maior 10 capacidade, assim como um só conjunto de painéis, um transformador, um único acumulador de pressão, se necessário, podem ser adotados, vinculados a uma ou mais aparelhos fluidocinéticos. Eventualmente, estes equipamentos podem ser instalados em uma dos aparelhos, recebendo o fluido pressionado de uma ou mais aparelhos próximos, is Entre as diversas utilidades do aparelho do presente invento, particularmente quando instalado em um parque gerador, podem ser citadas as: de geração de energia elétrica; de produção de ar comprimido para uso industrial ou para mover veículos não poluentes; de bombeamento e/ou dessanilização de água; de extração de água da 20 umidade do ar; de acionamento de máquinas de produção e de moinhos. Diversas outras utilidades podem ser encontradas, tendo em conta os diversos fluidos que podem ser bombeados e/ou pressionados e as várias faixas de pressão que podem ser obtidas com os aparelhos do presente invento.Due to the fact that, according to the present invention, the tower supporting the hub on which the paddle or paddles are mounted does not penetrate, or does very little, into the volume swept by the paddle (s) ( s), the is tower does not cause turbulence on the leeward side of the blade rotation path (s). Such turbulence could lead to a considerable loss of yield. In the case of horizontal axis wind turbines, the blade, when passing through the lowest position, is influenced by the tower, which changes the performance of the turbine. The apparatus of the present invention may have higher efficiency, especially due to the fact that each blade traverses the swept volume twice in each rotation cycle, even considering that the windward blade may generate turbulence towards the leeward one, in the case appliance with more than one shovel. In horizontal axis turbines each blade crosses the swept volume at once and such turbines are very sensitive to turbulent winds which reduce their performance while vertical axis turbines feel less the effects of turbulence. According to another aspect of the present invention the use of fluid pressure pumps in fluid kinetic apparatus, which is part of the present invention, allows a new type of turbine to be installed in a new type of power generator park. This new type is made up of similar apparatuses which do not incorporate the generator and the pressure accumulator themselves but which send the pressurized fluid to a single point where the energy generating and / or pressure accumulator equipment is installed. In this case, a single turbine or motor driven by the pressurized fluid, a single electric generator of larger capacity, as well as a single set of panels, a transformer, a single pressure accumulator, if necessary, may be adopted, linked to a or more fluid kinetic apparatus. Eventually, such equipment may be installed in one of the apparatuses, receiving pressurized fluid from one or more nearby apparatuses. Among the various uses of the apparatus of the present invention, particularly when installed in a generator park, may be mentioned: electricity; producing compressed air for industrial use or for moving clean vehicles; water pumping and / or desalination; extracting water from air humidity; drive production machines and mills. Several other utilities can be found in view of the various fluids that can be pumped and / or pressed and the various pressure ranges that can be obtained with the apparatus of the present invention.

O tamanho dos aparelhos de acordo com a presente invenção pode variar substancialmente, sendo os tamanhos maiores, naturalmente, mais exigentes em termos de engenharia, porém capazes de gerar uma maior potência. Uma engenharia cuidadosa pode resultar em economia substancial. O peso efetivo dos elementos rotativos do aparelho pode ser muito reduzido, por exemplo, fazendo com que os membros em forma de hidrofólio ou aerofólio sejam ocos.The size of the apparatus according to the present invention may vary substantially, with larger sizes naturally being more engineering demanding but capable of generating greater power. Careful engineering can result in substantial savings. The effective weight of the rotating elements of the apparatus can be greatly reduced, for example by causing the hydrofoil or aerofoil members to be hollow.

Instalações de aparelhos subaquáticos de pás inclinadas podem ser feitas de modo semelhante ao aqui descrito para os aparelhos eólicos de pás inclinadas, embora tendo em conta as condições susceptíveis de serem encontradas. Para aplicações em água corrente, o aparelho pode ser projetado para manter apenas as pás submersas, estando o cuboInstallations of underwater inclined blade appliances may be made in a similar manner to that described herein for inclined blade wind appliances, although taking into account the conditions likely to be encountered. For running water applications, the appliance can be designed to keep only the paddles submerged, with the hub

rotativo e as partes fixas próximas ou acima da superfície da água. As partes fixas podem ser sustentadas, por exemplo, em vigas dispostas horizontalmente acima do nível da água ou, ainda, podem se constituir de caixa flutuante presa por cabos laterais ou fixados ao leito da correnteza.and fixed parts near or above the water surface. The fixed parts may be supported, for example, on beams arranged horizontally above water level or may consist of a floating box secured by side cables or fixed to the current bed.

is Outro aspecto importante da presente invenção é o de que o aparelho não necessariamente necessita ter seu eixo de rotação vertical, perpendicular à direção do fluido, mas pode ter o eixo inclinado com relação à direção do fluido podendo ter, até mesmo, seu eixo de rotação paralelo à direção do fluido. Mas, se o eixo de rotação do aparelho nãoAnother important aspect of the present invention is that the apparatus need not necessarily have its axis of vertical rotation perpendicular to the fluid direction, but may have the axis inclined with respect to the fluid direction and may even have its axis of rotation. rotation parallel to fluid direction. But if the axis of rotation of the device does not

for perpendicular à direção do fluido e se este for de direção variável, como no caso de turbinas eólicas, em que o vento muda de direção, pode ser necessário que o aparelho seja dotado de mecanismo que posicione as pás no rumo mais adequado para a geração de energia C'yaw").is perpendicular to the direction of the fluid and if it is of variable direction, as in the case of wind turbines, where the wind changes direction, it may be necessary that the apparatus be fitted with a mechanism to position the blades in the most appropriate direction for generation. C'yaw ").

O aparelho fluidocinético, objeto desta patente, pode ser mais bem compreendido reportando-se às figuras anexas e suas referências numéricas que, contudo, não restringem sua configuração quanto às suas aplicações práticas.The fluid kinetic apparatus, object of this patent, can be better understood by referring to the attached figures and their numerical references which, however, do not restrict their configuration as to their practical applications.

As Fig.s ΙΑ, 1B, IC e ID são, respectivamente, uma vista de frente, uma vista lateral, uma vista oblíqua e uma vista superior de uma primeira forma de realização do aparelho.Figs. 1B, IC and ID are respectively a front view, a side view, an oblique view and a top view of a first embodiment of the apparatus.

A Fig. 2 mostra uma segunda forma de realização do aparelho.Fig. 2 shows a second embodiment of the apparatus.

A Fig. 3 mostra uma terceira forma de realização do aparelho.Fig. 3 shows a third embodiment of the apparatus.

A Fig. 4 mostra uma quarta forma de realização do aparelho.Fig. 4 shows a fourth embodiment of the apparatus.

As Fig.s 5A, 5B, 5C e 5D mostram configurações alternativas de realização do aparelho.Figs 5A, 5B, 5C and 5D show alternative embodiments of the apparatus.

A Fig.s 6A, 6B, 6C e 6D mostram outras formas alternativas de realização do aparelho.Figs 6A, 6B, 6C and 6D show other alternative embodiments of the apparatus.

As Fig.s 7A, 7B, 7C, 7D, 7E e 7F mostram configurações adicionais de realização do aparelho.Figs 7A, 7B, 7C, 7D, 7E and 7F show additional embodiments of the apparatus.

As Fig.s 8A, 8B, 8C, 8D, 8E e 8F mostram outras possíveis configurações do aparelho.Figs 8A, 8B, 8C, 8D, 8E and 8F show other possible configurations of the apparatus.

As Fig.s 9A, 9B, 9C e 9D mostram mais algumas construções alternativas do aparelho.Figs 9A, 9B, 9C and 9D show some more alternative constructions of the apparatus.

As Fig.s 10A, 10B, IOC e IOD mostram formatos alternativos de pás que podem ser utilizadas na realização do aparelho.Figs 10A, 10B, IOC and IOD show alternative blade shapes that can be used in making the apparatus.

As Fig.s 11 A, 11B, IlC e IlD mostram vistas em planta de possíveis configurações de pás que podem ser utilizadas na realização do aparelho.Figs 11A, 11B, IlC and IlD show plan views of possible blade configurations that may be used in making the apparatus.

A Fig. 12 mostra algumas das possíveis posições das pás do aparelho.Fig. 12 shows some of the possible positions of the appliance blades.

As Fig.s 13, 14 e 15 mostram outras formas de realização do aparelho.Figures 13, 14 and 15 show other embodiments of the apparatus.

De acordo com estas figuras e suas referências numéricas a presente invenção refere-se a um aparelho fluidocinético (1), na forma preferível de realização, contendo uma base fixa ou torre (2) e um componente do tipo cubo rotativo (3) dotado de pás (4) em forma de aerofólio ou hidrofólio, que se estendem para fora a partir do dito cubo 5 rotativo (3), sendo o cubo rotativo (3) montado sobre a base fixa ou torre (2), livre para girar em torno de um eixo central e dotado ou não de braços (5), horizontais ou inclinados. Cada pá (4) contém pontos de articulação (6) nas proximidades de uma das extremidades, para conexão ao cubo rotativo (3) ou aos seus braços (5), sendo capaz de ío pivotar em torno de uma linha de articulação de modo e variar seu ângulo de inclinação (A) com relação à linha axial central. Esta variação de ângulo é regulada durante a rotação do aparelho (1), ou quando ele estiver parado, por atuadores mecânicos (7), um ou mais para cada pá, os quais podem funcionar também como bombas de pressionamento de is fluido (8), vinculados ao cubo rotativo (3) e às pás (4), acima ou abaixo das articulações (6), do lado interno ou externo delas, comandados automaticamente, por um sistema de controle ou manualmente, por um operador.According to these figures and their numerical references the present invention relates to a fluid kinetic apparatus (1), in the preferred embodiment, containing a fixed base or tower (2) and a rotary hub type component (3) provided with airfoil or hydrofoil blades (4) extending outwardly from said rotary hub (3), the rotatable hub (3) being mounted on the fixed base or tower (2) free to rotate around central axis and whether or not fitted with horizontal or inclined arms (5). Each paddle (4) contains pivot points (6) near one end for connection to the rotating hub (3) or its arms (5) and is able to pivot around a pivot line so vary its inclination angle (A) with respect to the central axial line. This angle variation is regulated during the rotation of the device (1), or when it is stopped, by mechanical actuators (7), one or more for each blade, which can also function as fluid pressure pumps (8). , linked to the rotating hub (3) and the blades (4), above or below the joints (6), either on the inside or outside, controlled automatically by a control system or manually by an operator.

A inclinação das pás (4) pode ser mantida invariável durante certo 20 número de giros do aparelho ou pode variar ciclicamente ou a cada giro. Na forma de realização mostrada na Fig. 1 os atuadores mecânicos (7), que também funcionam, alternativamente, como bombas de pressionamento de fluido (8), ficam situados acima do ponto de articulação (6) das pás (4). Os braços (5) são fixados ao cubo rotativo 25 (3), que é suportado pela base fixa ou torre (2), a qual incorpora os mancais de guia e de escora que sujeitam o eixo do cubo rotativo (3). Este cubo rotativo (3) pode ser projetado para abrigar todos ou grande parte dos equipamentos e dispositivos para geração de energia elétrica e para acionamento dos atuadores mecânicos (7), sendo a energia transmitida desde o cubo rotativo (3) para a base fixa ou torre (2) da unidade geradora, por exemplo, por meio de anéis coletores vinculados 5 ao eixo rotativo e escovas. Os sinais de comando e controle podem ser transmitidos entre a base fixa (2) e as partes rotativas cubo rotativo (3), pás (4), braços (5), articulações (6) e atuadores mecânicos (7), também por meio de coletores e escovas ou por equipamentos de comunicação sem fio CxWireIessO- No caso da Fig. IA, um ponto intermediário em io cada pá é conectado ao atuador mecânico (7), transmitindo ao atuador um movimento alternativo para que ele funcione também como bomba de pressionamento de fluido (ver Fig.s ΙΑ, 1B, IC e 1C).The inclination of the blades (4) may be kept invariable for a certain number of turns of the apparatus or may vary cyclically or with each turn. In the embodiment shown in Fig. 1 the mechanical actuators (7), which also alternatively function as fluid pressure pumps (8), are located above the pivot point (6) of the blades (4). The arms (5) are fixed to the rotating hub 25 (3), which is supported by the fixed base or tower (2), which incorporates the guide and thrust bearings that hold the rotating hub shaft (3). This rotary hub (3) may be designed to house all or most of the electrical power generation equipment and devices and the actuators of mechanical actuators (7), the energy being transmitted from the rotary hub (3) to the fixed base or tower (2) of the generating unit, for example by means of slip rings 5 attached to the rotary shaft and brushes. The command and control signals can be transmitted between the fixed base (2) and the rotary parts rotary hub (3), blades (4), arms (5), joints (6) and mechanical actuators (7), also by means of of collectors and brushes or by CxWireIess wireless communication equipment- In the case of Fig. IA, an intermediate point on io each blade is connected to the mechanical actuator (7), transmitting to the actuator an alternative movement so that it also functions as a pump. fluid pressing (see Figs ΙΑ, 1B, IC and 1C).

O cubo rotativo (3) pode ser projetado, ainda, para abrigar apenas a parte essencial dos equipamentos e dispositivos para pressionar o(s) is fluido(s) e para acionamento dos atuadores mecânicos (7). O(s) fluido(s) a baixa e a alta pressão podem fluir entre as partes fixas (2) e as rotativas (3, 4, 5, 6, 7, 8 e 9) por meio de tubulações ou mangueiras, dispostas no interior de um eixo rotativo oco e por meio de um cabeçote rotativo. Os atuadores mecânicos (7), que no caso da Fig. IA também 20 atuam como bombas de pressionamento de fluido (8) de deslocamento positivo, são ligados a uma parte intermediária das pás (4), preferencialmente em um ponto não muito distante das articulações (6).The rotating hub (3) can also be designed to house only the essential part of the equipment and devices to press the fluid (s) and to drive the mechanical actuators (7). Low and high pressure fluid (s) can flow between the fixed (2) and the rotating (3, 4, 5, 6, 7, 8 and 9) parts by means of pipes or hoses disposed in the hollow rotary shaft and by means of a rotating head. Mechanical actuators (7), which in the case of Fig. IA also act as positive displacement fluid pressure pumps (8), are connected to an intermediate part of the blades (4), preferably at a point not far from the joints (6).

Cada pá (4) do aparelho (1) pode ou não ser conectada a outra ou outras pás por meio de cabos (9), vigas ou hastes, bem como ao cubo rotativo, de maneira que uma pá pode transmitir esforços a outra(s) e/ou ao cubo rotativo, distribuindo-os de maneira mais uniforme e reduzindo as tensões atuantes em cada pá. As linhas pontilhadas inclinadas, contidas na Fig. IA, mostram algumas das posições possíveis das pás (4) durante o seu movimento de oscilação ao redor da articulação (6). Estas posições podem ser ocupadas ciclicamente a cada giro do aparelho, quando este estiver em s operação, ou podem permanecer fixas durante a operação. Podem, ainda, ser posições das pás (4) quando o aparelho ou unidade geradora (1) estiver parado.Each blade (4) of the apparatus (1) may or may not be connected to another or other blades by means of cables (9), beams or rods, as well as to the rotating hub, so that one blade may transmit forces to another (s). ) and / or the rotating hub, distributing them more evenly and reducing the stresses acting on each blade. The inclined dotted lines contained in Fig. 1A show some of the possible positions of the blades (4) during their oscillating movement around the joint (6). These positions may be cyclically occupied with each turn of the device when it is in operation, or may remain fixed during operation. They can also be paddle positions (4) when the apparatus or generating unit (1) is stopped.

Na Fig. IA pode-se notar que as pás (4), são conectadas a cabos (9) acima do nível da conexão com os atuadores mecânicos (7) e se ío estendem para cima, de forma inclinada a partir das articulações (6). Esta mesma figura também ilustra como, nesta forma de realização, o volume varrido pelas pás (4) muda com a inclinação das pás (4). Em outras palavras, durante cada giro ou, alternativamente, durante cada período selecionável de acordo com o desejado para a operação do is aparelho, as pás (4) são movidas para baixo ou para cima, o que aumenta ou reduz o volume varrido, na figura indicado pelas linhas pontilhadas inclinadas e pelas tracejadas horizontais. Pode-se ver, a partir desta ilustração, que a torre (2) não invade o volume varrido pelas pás (4) e que uma torre (2), relativamente curta em comparação com o 20 comprimento das pás (4), pode ser usada. O cubo rotativo (3) invade uma área mínima na região inferior do volume varrido pelas pás (4), o que reduz bastante sua interferência na captação de energia do fluido pelas pás (4).It can be seen from Fig. 1A that the blades (4) are connected to cables (9) above the level of the connection to the mechanical actuators (7) and extend upwards from the joints (6) ). This same figure also illustrates how, in this embodiment, the volume swept by the blades (4) changes with the inclination of the blades (4). In other words, during each turn or alternatively during each period selectable as desired for the operation of the apparatus, the paddles (4) are moved down or up, which increases or decreases the swept volume in shown by the slanted dotted lines and horizontal dashes. It can be seen from this illustration that the tower (2) does not invade the volume swept by the blades (4) and that a tower (2), relatively short compared to the length of the blades (4), can be used. The rotating hub (3) invades a minimal area in the lower region of the volume swept by the blades (4), which greatly reduces its interference with the pickup of fluid energy by the blades (4).

Os dois braços de suporte (5), que também podem se inclinados mas que são mostrados em posição horizontal na Fig. IA, se reúnem, em sua parte interna, no cubo (3), formando com ele um conjunto rotativo sobre a base ou torre (2). Quando o fluido em que estão imersas as pás se movimenta o conjunto formado pelos braços (5), as pás (4), os atuadores mecânicos (7), as bombas de pressionamento de fluido (8) e o cubo rotativo (3) gira em torno de um eixo vertical sobre a base fixa ou torre (2). Por meio de um eixo adequado pode-se fazer 5 girar, por exemplo, um gerador elétrico de tipo apropriado, quer por meio de conjunto de engrenagens (multiplicador de velocidade) ou, de preferência, diretamente. Simultaneamente, as pás (4) dotadas de bombas de pressionamento de fluido (8) abaixam e se levantam parcialmente, a cada giro, de maneira controlada, acionando as bombas ío de pressionamento de fluido (8) por meio de seu movimento alternativo. Tanto as forças que provocam a rotação do conjunto quanto as que provocam o movimento alternado das pás (4) são causadas pelo movimento do fluido, tal como vento ou água.The two support arms (5), which can also be inclined but are shown horizontally in Fig. 1A, meet in their inner part on the hub (3), forming with it a rotating assembly on the base or tower (2). When the fluid in which the blades are immersed moves the assembly formed by the arms (5), the blades (4), the mechanical actuators (7), the fluid pressure pumps (8) and the rotary hub (3) rotates. about a vertical axis on the fixed base or tower (2). By means of a suitable shaft, for example, an electric generator of a suitable type can be rotated either by means of gear assembly (speed multiplier) or preferably directly. At the same time, the blades (4) provided with fluid pressure pumps (8) lower and partially lift each turn in a controlled manner, driving the fluid pressure pumps (8) by their reciprocating movement. Both the forces that cause the rotation of the assembly and the forces that cause the alternating movement of the blades (4) are caused by fluid movement such as wind or water.

Em uma segunda forma de realização do aparelho (1), ver Fig. 2, is similar à ilustrada na Fig. IA, os atuadores mecânicos (7) também funcionam como bombas de pressionamento de fluido (8), sendo situados abaixo do ponto de articulação (6) das pás (4). Neste caso a extremidade inferior de cada pá aciona o atuador mecânico (7), que funciona também como bomba de pressionamento de fluido (8), 2o transmitindo a ele um movimento alternativo. Em geral, vale para esta forma de realização o que foi descrito para a da Fig. IA.In a second embodiment of the apparatus (1), see Fig. 2, is similar to that illustrated in Fig. 1A, the mechanical actuators (7) also function as fluid pressure pumps (8), being situated below the setpoint. joint (6) of the blades (4). In this case the lower end of each blade drives the mechanical actuator (7), which also functions as a fluid pressure pump (8), 2o giving it an alternative movement. In general, for this embodiment, what has been described for that of Fig. 1A.

Em uma terceira forma de realização do aparelho (1) é mostrada na Fig. 3. Neste caso o aparelho é apresentado com quatro pás, duas delas (4A) atuam com maior inclinação durante a operação e as outras duas 25 (4B), de perfis aerodinâmicos iguais ou diferentes dos perfis das citadas anteriormente, atuam com menor inclinação. Também para esta forma de realização, os atuadores mecânicos (7) e/ou bombas de pressionamento de fluido (8) podem ser conectados às pás (4) em uma posição acima ou abaixo das articulações (6). Assim como nos demais casos similares, cada pá (4), ou algumas delas, pode ter ou não passo variável, cabos, partes especiais, tais como freios aerodinâmicos, 5 "winglets" e outras variantes já descritas como partes da invenção. Pode-se notar que na Fig. 3 o aparelho é mostrado sem cabos (9) e sem braços (5), o que pode ser adotado para outras variantes desta invenção.In a third embodiment of the apparatus (1) is shown in Fig. 3. In this case the apparatus is presented with four blades, two of them (4A) act with greater inclination during operation and the other 25 (4B) of The same or different aerodynamic profiles as those mentioned above, act with less inclination. Also for this embodiment, mechanical actuators (7) and / or fluid pressure pumps (8) may be connected to the blades (4) in a position above or below the joints (6). As in the other similar cases, each paddle (4), or some of them, may or may not have variable pitch, cables, special parts, such as aerodynamic brakes, winglets and other variants already described as parts of the invention. It is noted that in Fig. 3 the apparatus is shown without cables (9) and without arms (5), which may be adopted for other embodiments of this invention.

Em uma quarta forma de realização do aparelho (1), ver Fig. 4, com ío quatro pás (4), similar à ilustrada na Fig. 3, duas pás (4A) são fixas ao cubo rotativo (3) ou aos braços (5) e as outras duas (4B) são dotadas de articulações (6) e são móveis, por meio de atuadores mecânicos (7) os quais podem atuar também como bombas de pressionamento de fluido (8).In a fourth embodiment of the apparatus (1), see Fig. 4, with four blades (4), similar to that illustrated in Fig. 3, two blades (4A) are attached to the rotating hub (3) or the arms ( 5) and the other two (4B) are provided with articulations (6) and are movable by means of mechanical actuators (7) which can also act as fluid pressure pumps (8).

is Com referência às construções alternativas, ilustradas nas Fig.s 5A a 5D, 6A a 6D, 7A a 7F, 8A a 8F e 9A a 9D, em cada um destes diagramas esquemáticos a pá (4), ou pás, é conectada ao cubo rotativo (3), pelo menos algumas delas dispondo de atuadores mecânicos (7) e/ou bombas de pressionamento de fluido (8), com uma construção e forma 20 operativa similar à descrita para a forma de construção da Fig. IA. Como já mencionado, a possibilidade de variar a inclinação das pás (4) permite a obtenção de uma configuração de solidez variável e geometria variável, o que permite melhorar o controle e o rendimento do aparelho (1), melhorar tanto o seu arranque quanto sua capacidade e flexibilidade 25 operativa e aumentar sua segurança em caso de fortes correntes de fluido (ventos fortes, por exemplo).With reference to the alternative constructions illustrated in Figs. 5A to 5D, 6A to 6D, 7A to 7F, 8A to 8F and 9A to 9D, in each of these schematic diagrams the paddle (4), or paddles, is connected to the rotating hub (3), at least some of them having mechanical actuators (7) and / or fluid pressure pumps (8), with a construction and operative shape similar to that described for the construction of Fig. IA. As already mentioned, the possibility of varying the inclination of the blades (4) allows to obtain a configuration of variable solidity and variable geometry, which allows to improve the control and the performance of the device (1), to improve both its start and its capacity and operational flexibility and increase its safety in case of strong fluid currents (strong winds, for example).

Os diagramas esquemáticos ilustrados nas Fig.s 5A a 5D mostram configurações alternativas, que podem ser adotadas para o aparelho (1), utilizando-se uma única pá (4) de inclinação variável, por meio de atuador mecânico (7), equilibrada por um contrapeso. Esta pá (4) é dotada de atuador mecânico (7) e/ou bomba de pressionamento de 5 fluido (8). Estas ilustrações mostram da esquerda para a direita: a primeira delas, o uso de uma pá (4) reta; a segunda, o uso de uma pá (4) flexível, o que permite que se alcance algum grau de geometria variável adicional; a terceira, uma pá (4) formada por dois segmentos retos e na última, o uso de uma pá (4) curva, ío Nos diagramas esquemáticos nas Fig.s 6A a 6D são ilustradas construções alternativas que podem ser adotadas para o aparelho (1), incorporando uma única pá (41) de articulação (6) intermediária e de inclinação variável, por meio de atuador mecânico (7), que pode atuar também como bomba de pressionamento de fluido (8). is Alternativamente, como nos demais casos, a(s) bomba(s) de compressão de fluido (8) pode(m) constituir equipamento(s) distinto(s) do atuador mecânico (7). Esta figura mostra disposições em que uma única (41) pá é montada no centro do cubo rotativo (3) na torre (2). A pá (41) neste caso é constituída de uma viga única, de perfil hidrodinâmico ou 20 aerodinâmico, articulada no seu centro. Neste arranjo, é necessário que a torre (2) seja consideravelmente mais alta do que a utilizada nas outras formas de realização. No primeiro diagrama o volume varrido é indicado sob a forma de um cone duplo por linhas tracejadas. Da esquerda para a direita são mostrados: no primeiro, o uso de uma pá (4) 25 rígida; no segundo, o uso de uma pá (4) flexível; no terceiro, o uso de uma pá (4) formada por segmentos retos; e no último, o uso de uma pá (4) curva, de modo geral em forma de "S". Os diagramas esquemáticos ilustrados nas Fig.s 7A a 7F mostram várias configurações adicionais que podem ser adotadas para o aparelho (1), cada uma compreendendo pás (4) de inclinação variável por meio de atuadores mecânicos (7), podendo ou não incorporar também bomba 5 de pressionamento de fluido (8); alternativamente, uma pá (4) pode ser fixa e a(s) outra(s) de inclinação variável, com ou sem bomba de pressionamento de fluido (8). Algumas configurações têm forma de "U" e outras de "V". Nesta figura, da esquerda para a direita, tem-se: o primeiro diagrama corresponde geralmente às configurações mostradas ío nas Fig. 1 e 2; o segundo mostra o uso de pás flexíveis (4); o terceiro, o uso de duas pás (4) formadas por dois segmentos retos cada uma; o quarto, a utilização duas pás (4) formadas por vários segmentos retos sucessivos com uma configuração geralmente em forma de "U"; o quinto, o uso de duas pás (4) curvas e o último, o uso de uma só pá is (41), constituída por uma estrutura única articulada em seu centro, com curva contínua de configuração geralmente em forma de "U".The schematic diagrams shown in Figs. 5A to 5D show alternative configurations that can be adopted for the apparatus (1) using a single variable inclination blade (4) by means of a mechanical actuator (7) balanced by a balance. This paddle (4) is equipped with a mechanical actuator (7) and / or 5 fluid pressure pump (8). These illustrations show from left to right: the first, the use of a straight spade (4); the second, the use of a flexible shovel (4), which allows some degree of additional variable geometry to be achieved; the third, a blade (4) formed by two straight segments and in the last, the use of a curved blade (4). In the schematic diagrams in Figs. 6A to 6D are illustrated alternative constructions that can be adopted for the apparatus ( 1), incorporating a single intermediate (6) and variable tilt pivot (41) by means of a mechanical actuator (7), which can also act as a fluid pressure pump (8). Alternatively, as in all other cases, the fluid compression pump (s) (8) may constitute separate equipment (s) from the mechanical actuator (7). This figure shows arrangements in which a single (41) blade is mounted in the center of the rotating hub (3) in the tower (2). The shovel 41 in this case consists of a single beam, hydrodynamic or aerodynamic profile, hinged at its center. In this arrangement, it is necessary for the tower (2) to be considerably higher than that used in the other embodiments. In the first diagram the swept volume is indicated as a double cone by dashed lines. From left to right are shown: in the first, the use of a rigid shovel (4); in the second, the use of a flexible shovel (4); in the third, the use of a shovel (4) formed by straight segments; and in the latter, the use of a curved blade (4), generally in the shape of an "S". The schematic diagrams shown in Figs 7A to 7F show several additional configurations that can be adopted for the apparatus (1), each comprising variable inclination blades (4) by means of mechanical actuators (7), which may or may not incorporate as well. fluid pressing pump 5 (8); alternatively, one blade (4) may be fixed and the other (s) of variable tilt, with or without fluid pressing pump (8). Some configurations are U-shaped and others V-shaped. In this figure, from left to right, we have: the first diagram generally corresponds to the configurations shown in Figs. 1 and 2; the second shows the use of flexible blades (4); the third, the use of two blades (4) formed by two straight segments each; fourth, the use of two blades (4) formed by several successive straight segments with a generally "U" shaped configuration; the fifth, the use of two curved blades (4) and the last, the use of only one blade (41), consisting of a single articulated structure at its center, with a continuous "U" shaped continuous curve.

Os diagramas esquemáticos ilustrados nas Fig.s 8A a 8F mostram configurações adicionais que podem ser adotadas para o aparelho (1), cada uma compreendendo pás múltiplas de configuração geral em forma 20 de "X". Neste caso, cada pá (4) pode ser de inclinação variável, por meio de atuador mecânico (7), ou algumas pás podem ser fixas e outras de inclinação variável por meio de atuador mecânico (7), sendo que as de inclinação variável podem ou não ter bombas de pressionamento de fluido (8). Nesta figura, da esquerda para a direita: o primeiro diagrama 25 corresponde geralmente à configuração mostrada no primeiro diagrama da Fig. 7; o segundo, o uso de pás (4) flexíveis; o terceiro, a utilização de duas pás (4) formadas de segmentos retos e o último, a utilização de duas pás (4) curvas.The schematic diagrams illustrated in Figs. 8A to 8F show additional configurations that can be adopted for the apparatus (1), each comprising multiple "X" shaped general configuration blades. In this case, each blade (4) can be of variable inclination by means of mechanical actuator (7), or some blades can be fixed and others of variable inclination by means of mechanical actuator (7). or have no fluid pressure pumps (8). In this figure, from left to right: the first diagram 25 generally corresponds to the configuration shown in the first diagram of Fig. 7; the second, the use of flexible (4) blades; the third, the use of two blades (4) formed of straight segments and the last, the use of two curved blades (4).

Os diagramas esquemáticos ilustrados nas Fig.s 9A a 9D mostram construções alternativas que podem ser adotadas para o aparelho (1) e correspondem de forma geral às construções mostradas na Fig. 6. 5 Porém, enquanto as construções da Fig. 6 se referem a uma única pá (4) com articulação (6) intermediária, as ilustradas na Fig. 9 incorporam pás (4) múltiplas, independentes, colocadas no lado superior e no inferior do cubo (3), sendo que algumas pás (4) podem ser fixas e outras de inclinação variável por meio de atuadores mecânicos (7), podendo ou ío não incorporar bomba de pressionamento de fluido (8).The schematic diagrams shown in Figs. 9A to 9D show alternative constructions that may be adopted for the apparatus (1) and correspond broadly to the constructions shown in Fig. 6. 5 However, while the constructions of Fig. 6 refer to a single shovel (4) with intermediate hinge (6), those illustrated in Fig. 9 incorporate multiple independent shovels (4), placed on the upper and lower side of the hub (3), and some shovels (4) may be fixed and others of variable inclination by means of mechanical actuators (7), which may or may not incorporate a fluid pressure pump (8).

Os diagramas esquemáticos ilustrados nas Fig.s IOA a IOD mostram vistas laterais de formatos alternativos de pás (4) que podem ser utilizadas no aparelho (1).The schematic diagrams shown in Figs. 10A to IOD show side views of alternate blade shapes (4) that may be used in the apparatus (1).

Os diagramas esquemáticos ilustrados nas Fig.s IlA a IlD mostram is vistas em planta de possíveis configurações de pás (4) que podem ser utilizadas no aparelho (1). Nestas figuras, da esquerda para a direita, as ilustrações mostram: na primeira, um aparelho (1) com quatro pás (4); na segunda, com cinco pás (4) e na terceira, com três pás (4), sendo estas três configurações com pás (4) geralmente retas quando vistas em 20 planta; a última ilustração mostra pás (4) em forma de hélice que tanto se inclinam para fora quanto se curvam na direção tangencial aos círculos percorridos por cada ponto das pás (4).The schematic diagrams shown in Figs. IlA through IlD show plan views of possible blade configurations (4) that may be used in the apparatus (1). In these figures, from left to right, the illustrations show: in the first, an apparatus (1) with four blades (4); in the second, with five blades (4) and in the third, with three blades (4), these three configurations with blades (4) generally straight when viewed from 20 planes; The last illustration shows propeller-shaped blades (4) that both tilt outward and curve in a tangential direction to the circles traversed by each point of the blades (4).

O diagrama esquemático da Fig. 12 mostra, por meio de linhas tracejadas, algumas das possíveis posições das pás (4) do aparelho (1), sendo algumas destas posições adequadas para a operação e geração de energia e outras adequadas para montagem, manutenção ou para o período em que o aparelho (1) estiver parado. As ilustrações das Fig.s 13 a 16 corresponde, de maneira geral, às ilustrações contidas nas Fig.s IA e 2 e mostra outra forma de realização do aparelho (1), na qual as bombas de pressionamento de fluido (8) constituem equipamentos diferentes dos atuadores mecânicos (7) e são movimentadas por meio da articulação (6). Os atuadores mecânicos (7) ficam estacionários durante certo período de operação ou se movem pouco, de modo a proporcionar uma articulação adicional (10) móvel na direção radial. Alternativamente, pode-se considerar que os atuadores mecânicos (7) ficam na parte inferior e as bombas de pressionamento de ío fluido (8) na parte superior do aparelho (I). No caso da forma de realização mostrada na Fig. 13, existe a possibilidade de os atuadores mecânicos (7) e bombas de pressionamento de fluido (8) se movimentarem simultaneamente, seja para ajustes durante o giro ou em movimentos cíclicos a cada giro, com fins de proporcionar características is operativas desejáveis.The schematic diagram of Fig. 12 shows by dashed lines some of the possible positions of the blades (4) of the apparatus (1), some of these positions being suitable for operation and power generation and others suitable for mounting, maintenance or for the period when the appliance (1) is idle. The illustrations in Figs. 13 to 16 generally correspond to the illustrations in Figs. 1A and 2 and show another embodiment of the apparatus (1), in which the fluid pressure pumps (8) constitute equipment. different from the mechanical actuators (7) and are moved by the articulation (6). Mechanical actuators (7) are stationary for a certain period of operation or move little to provide additional movable articulation (10) in the radial direction. Alternatively, the mechanical actuators (7) may be considered to be at the bottom and the fluid-pressure pumps (8) at the top of the apparatus (I). In the case of the embodiment shown in Fig. 13, there is a possibility that the mechanical actuators (7) and fluid pressure pumps (8) move simultaneously, either for adjustments during rotation or in cyclic movements with each rotation. purposes of providing desirable operative characteristics.

A ilustração da Fig. 14 também corresponde, de maneira geral, às ilustrações contidas nas Fig.s IA e 2, e mostra outra forma de realização do aparelho (1), na qual as bombas de pressionamento de fluido (8) e os atuadores mecânicos (7) são montados em série e as pás (4) têm 20 inclinação variável por meio das articulações (6). Neste caso, os atuadores mecânicos (7) podem, também, estar situados na posição mais interior e as bombas de pressionamento de fluido (8) na posição mais exterior do aparelho (1). Alternativamente, os braços de sustentação (5) podem estar na parte superior e o conjunto de bombas 25 de pressionamento de fluido (8) e os atuadores mecânicos (7), dispostos em série na parte inferior, como mostrado na Fig. 2.The illustration of Fig. 14 also generally corresponds to the illustrations contained in Figs. 1A and 2, and shows another embodiment of the apparatus (1) in which the fluid pressure pumps (8) and the actuators mechanical (7) are mounted in series and the blades (4) have 20 variable inclination through the joints (6). In this case, the mechanical actuators (7) may also be located in the innermost position and the fluid pressure pumps (8) in the outermost position of the apparatus (1). Alternatively, the support arms (5) may be at the top and the fluid pressure pump assembly (8) and the mechanical actuators (7) arranged in series at the bottom as shown in Fig. 2.

A ilustração da Fig. 15 mostra outra forma de realização do aparelho (1) na qual as bombas de pressionamento de fluido (8) são montadas no lado externo das pás, em uma extensão radial dos braços (5), e os atuadores mecânicos (7) são montados na parte interna das pás, sendo esta inclinação variável permitida pelas articulações (6).The illustration of Fig. 15 shows another embodiment of the apparatus (1) in which the fluid pressure pumps (8) are mounted on the outside of the blades, at a radial extension of the arms (5), and the mechanical actuators ( 7) are mounted on the inside of the blades, this variable inclination being allowed by the joints (6).

Alternativamente, as bombas de pressionamento de fluido (8) podem ser localizadas na parte interna das pás (4) e os atuadores mecânicos (7) na parte externa.Alternatively, fluid pressure pumps (8) may be located on the inside of the blades (4) and the mechanical actuators (7) on the outside.

Claims

1. "Fluid kinetic apparatus" means a machine for extracting energy from moving fluids containing a fixed base or tower (2) and a rotary hub-type component (3) connected to an axis; whether or not it has rotating hub (5), horizontal or inclined, and one or more aerofoil or hydrofoil blades (4), extending from said rotating hub (3) or from the arms ( 5); said rotating hub (3) mounted on the fixed base or tower (2), free to rotate about an axial axis; characterized in that it contains, in the basic embodiment, the rotary hub axis (3) supported by guide and anchor bearings arranged in the fixed base or tower (2); each spade (4 and 41) having a pivot shaft (6) near one end for connection to the rotating hub (3) or its arms (5) capable of pivoting around a pivot line to varying its inclination angle (A) with respect to the axial centerline; each blade (4) contains one or more mechanical actuating devices (7) for actively adjusting its inclination angle (A), while rotating (1) or when stationary, and one or more pressure pumps fluid (8) driven by the blades when their inclination angle (A) passively changes by the dynamic effect of the fluid in which they are immersed; It may contain only actuators (7), or only pumps (8) attached to the rotary hub (3) or arms (5) and blades (4 and 41), or the mechanical actuators (7) also function as pumps. fluid pressure (8), in this case constituting a single element; the pressured fluids being used for power generation, motive power or other application.

"Fluid kinetic apparatus" according to claim 1, characterized in that the pumps and / or actuators, as well as the other elements of the apparatus (1), are controlled automatically by a control system or manually by an operator; each blade may or may not be connected to another or other, as well as to the rotating hub by means of cables (9), beams or rods.

Fluidokinene apparatus according to Claim 1, characterized in that the apparatus (1) has or not its axis of rotation perpendicular to the direction of the fluid; the axis of rotation may be inclined with respect to the fluid direction or even parallel to the fluid direction.

"FLUIDOCINEIC APPARATUS" according to Claim 1, characterized in that the apparatus (1) may contain an alternative configuration in which the axis connected to the rotary hub (3) to which, directly or by means of arms (5), being connected to the blades (4), to drive, directly or by means of gears, an electric generator or other device that provides motive power or, preferably, such that the rotary movement of the shaft is used to drive one or more pumps. positive displacement pumps or reciprocating pumps, so that both the rotary movement of the shaft and the varying tilt movement of the blade or blades can be used to press the fluids which, in turn, can be used to produce useful work. or energy.

"Fluid kinetic apparatus" according to Claim 1, characterized in that the apparatus (1) contains all or only part of the equipment for generating electric power or motive power and may incorporate means for sending compressed fluid (s). (s) to a point outside the apparatus (1) where power and / or motive generating equipment is installed.

"FLUIDOCINEIC APPARATUS" according to Claim 1, characterized in that the rotating hub (3) can be designed to house all or part of the power generation or driving force equipment and devices for driving the mechanical actuators (7). ) and to control the components of the apparatus (1); for having parts of said equipment and devices installed inside the base or tower fixed (2) or elsewhere, when only parts of said equipment and devices are installed inside the rotating hub (3); the command and control signals of the apparatus (1) are transmitted by means of slip rings and brushes, wireless equipment or other means between the fixed base (2) and the rotating parts.

"FLUIDOCINEIC APPARATUS" according to claims 1 and 6, characterized in that the rotating hub (3) can, when designed to house only part of the equipment and devices for pressing the fluid (s) (8) and To drive the mechanical actuators (7), incorporate means to allow the passage of fluids between the fixed and movable parts of the apparatus (1), with low and high pressure fluids flowing between the fixed parts (2). and the rotary ones (3, 4,5, 6, 7 and 8) by means of pipes or hoses arranged within a hollow rotary shaft and by means of rotating heads.

"FLUIDOCINEIC APPARATUS" according to Claims 1 and 5, characterized in that the electric energy when generated inside the rotating hub (3) is transmitted from the rotating hub (3) to the fixed base (2). by means of brushes and slip rings attached to the rotary shaft.

"FLUIDOCINEIC APPARATUS" according to claim 1, characterized in that the angle of inclination (A) of the blades (4) may be kept invariable during a certain number of turns of the apparatus (1) or may vary during the rotation of the blade. appliance (1).

"Fluid kinetic apparatus" according to Claims 1 and 2, characterized in that the mechanical actuators (7) and fluid pressure pumps (8) are connected to one end of the blades (4) or to one or more intermediate parts. from the blades (4), preferably at a point not far from the joints (6); or alternatively, because the mechanical actuators (7) are linked to the joints (6) and can move these joints in the radial direction, remaining stationary for a certain period of operation, or moving little, the fluid pressure pumps ( 8) connected to and driven by the other part of the blades (4).

Fluid kinetic apparatus according to Claim 1, characterized in that the apparatus (1) may alternatively contain, when the actuators and pumps are separate elements, the mechanical actuators (7) above the joints (6) and the pumps. pressure actuators (8) are located below the paddle joints (6) or, conversely, the mechanical actuators (7) are located below the paddle joints (6) and the pressure pumps fluid (8) being above the joints (6); The actuators and pumps can either be above or below the joints (6) of the blades (4) or mounted in series, ie along the same line from the rotating hub (3) or the arms. (5) to the paddles (4) above or below the joints (6).

"FLUIDOCINEIC APPARATUS" according to Claims 1 and 10, characterized in that the fidiide pressure pumps (8) are linked directly to the blade body (4) or are linked indirectly by means of rods or another mechanism, which may also be driven by the blade pivot axis (6) and may be linear displacement pumps, rotary or others.

"FLUIDOCINEIC APPARATUS" according to claim 1; characterized in that the apparatus (1) may alternatively contain a configuration in which, with respect to the axial center line and the joints (6), the fluid pressure pumps (8) are mounted on the outside of the blades (4), at a radial extension of the arms (5), and the mechanical actuators (7) are mounted on the inside of the blades (4), or in which fluid pressure pumps are mounted on the inside of the blades (4) and the actuators (7) on the outside of the blades (4), on a radial extension of the arms (5) or because the actuators and pumps are either on the outside or both on the inside of the blades (4).

"FLUIDOCINEIC APPARATUS" according to Claim 1, characterized in that the apparatus, when viewed laterally or in section, ie in a direction perpendicular to its axis of rotation, has the blades (4) arranged in a basic shape similar to "U" or "V", ie blades (4) which are inclined away from the rotary axis; may have a length (s) parallel to the rotary axis and may be used in the following configurations: flexible or rigid blades (4), blades (4) formed by two straight or curved segments each, blades (4) formed by several segments successive straight or curved lines or paddles (4) with continuous curved shapes.

"FLUIDOCINEIC APPARATUS" according to Claim 1, characterized in that the apparatus, when viewed in plan view, ie in a direction parallel to its vertical axis of rotation, has straight blades (4) disposed in the radial direction. or having straight blades (4) arranged to make a single angle with the radial direction or having blades (4) with variable angle with respect to the radial direction; They may be in the shape of a propeller, which may either tilt up or down and outward or bend in a tangential direction to the circles traversed by each point of the blades (4).

"FLUIDOCINEIC APPARATUS" according to Claims 1, 14 and 15, characterized in whether or not they have all their blades (4) special parts, such as ailerons, winglets and fluid-dynamic brakes, ie moving parts. whose angle may be progressively varied to provide an aerodynamic or hydrodynamic braking effect under certain operating conditions, as well as other special devices, or by having only some of them with said special parts or devices.

Fluidokinene apparatus according to Claims 1 and 16, characterized in that it has all blades (4) without variable pitch (profile angle of attack or pitch), or has all blades (4) or just some of them with variable pitch.

"Fluid kinetic apparatus" according to Claim 1, characterized in that the apparatus (1) contains extra mass incorporated into the paddle (s) and / or its support arm (s). to increase the inertia effect; or because the extra masses can move along the shovel (s) and / or support arm (s) under centrifugal force, specific mechanical actuators and / or resilient media such as springs; or according to another embodiment, by having the masses installed in a structure extending the blade (4), opposite the blade (4) with respect to the articulation (6), to compensate for the change in centrifugal force. due to blade movement (4).

"FLUIDOCINEIC APPARATUS" according to Claim 1, characterized in that the apparatus (1), when provided with more than one blade (4), contains all the blades (4) having equal or one or more fluid dynamic profiles. more blades with different profiles than other blades (4).

"FLUIDOCINEIC APPARATUS" according to claim 1, characterized in that the apparatus (1), when provided with more than one blade, may or may not contain one or more of the blades (4A) acting with an inclination angle varying within. of a different value range from the inclination angle value range of other shovel (s) (4B).

"FLUIDOCINEIC APPARATUS" according to Claim 1, characterized in that the apparatus (1), when provided with more than one blade (4), may contain one or more blades whose inclination angle does not vary during operation. , which blade (s) may or may not be fitted with joints (6) and mechanical actuators, the other blade (s) having an inclination angle which may vary during operation with (s) of joints (6), mechanical actuators and / or fluid compression pumps.

"Fluid kinetics" according to Claim 1, characterized in that the apparatus (1) may contain a plurality of independent multi-blade alternative constructions using one or more upwardly extending blades and / or one or more paddles that extend downward.

Fluidokinene apparatus according to Claim 1, characterized in that the apparatus (1) may contain several alternative constructions using one or more blades (4) whose hinge (6) is located near the center of the blade and not near its end so that one part of the blade extends one side or up relative to the joint and the other part extends the other side or down; further, the two parts can extend both upwards or both downwards, so that when the angle of inclination varies, one part of the blade will rise and the other will lower by being rigidly connected to each other, forming as if a single beam with a hydrodynamic or aerodynamic profile, the joint (6) being between the two parts.

Fluidokinene apparatus according to Claim 1, characterized in that the apparatus (1) may contain an alternative configuration by using a single blade (41) balanced by a counterweight fitted with a mechanical actuator (7) and / or pump. fluid pressing.